同步輻射共聚焦X射線熒光微探針技術在生物原位研究中的應用

林曉勝 張麗麗 何 燕 鄭 怡 閆 帥 李愛國

1（中國科學院上海應用物理研究所 上海201800）

2（中國科學院大學 北京100049）

3（中國科學院上海高等研究院 上海201210）

基于同步輻射光源的X射線熒光微探針技術（Synchrotron Radiation micro X-ray Fluorescence，μ-SRXRF）由于其高探測靈敏度、對樣品的低損傷性、可分析厚樣品以及可在大氣和水環境下測量等優點，為研究生物樣品的化學元素分布及化學態變化提供了強大的技術支持，在生物及環境等研究領域中得到了廣泛的應用［1-6］。然而，在常規μ-SRXRF實驗中，由于探測器方向上沒有任何限制，在入射光路徑上不同深度的樣品發射出的X射線熒光（X-ray Fluorescence，XRF）都可被探測器接收，因此探測到的XRF圖像不具有深度分辨信息。為獲得深度方向的信息，通常需要對樣品進行切片后再掃描，而切片制樣過程可能破壞樣品的真實結構。共聚焦μ-SRXRF是一種具有深度分辨的三維元素分析方法［7-13］，其原理最先由Gibson和Kumakhov在1992年提出［14］。當入射X射線的焦點與置于探測器前端的毛細管光學元件的焦點重疊時（即共聚焦狀態），只有焦點重疊區域的樣品發射的XRF信號才能夠滿足全反射條件被探測器探測接收，以此來選擇性地采集不同深度的XRF信號。因此共聚焦μ-SRXRF在生物原位研究中具有廣闊的應用前景。

此外，對于含水量較多的生物樣品，這些樣品在實驗前期的脫水及干燥過程中很可能會導致其離子成分的丟失或結構的收縮、變形甚至崩解等問題［15-17］，不能完整反映樣品的真實信息。在μ-SRXRF實驗過程中，由于長時間受到高通量X射線的照射，生物樣品內大量積累的熱量可能會破壞其形態和結構。……