從尋找食品污染物到識(shí)別機(jī)器故障，再到預(yù)測(cè)飛機(jī)零件的腐蝕方式，能譜分析（EDX或EDS）是當(dāng)今材料科學(xué)家廣泛采用的技術(shù)。與掃描電子顯微鏡（SEM）一起使用時(shí)，EDX探測(cè)器可以提供更多樣品信息。

使用EDX，研究人員可以快速得到有關(guān)樣品化學(xué)成分的信息，包括元素構(gòu)成、分布及濃度。

但是EDX到底是如何工作的

利用掃描電子顯微鏡，各種信號(hào)可以提供給定樣品的不同信息。

例如

背散射電子生成襯度圖像，顯示出原子序數(shù)差異。而二次電子則提供樣品的表面形貌信息。當(dāng)掃描電子顯微鏡與EDX探測(cè)器結(jié)合使用時(shí)，X射線也可以用作產(chǎn)生化學(xué)信息的信號(hào)。

為了更好地理解X射線的產(chǎn)生原理，我們要清楚，每個(gè)原子都擁有特定數(shù)量的電子，且電子處于特定的能級(jí)。正常情況下，電子在特定的軌道上運(yùn)行且具有不同的、分立的能量。

EDX分析原理

電子束轟擊原子內(nèi)層，激發(fā)出基態(tài)原子的內(nèi)殼電子，在內(nèi)層留下帶正電的電子空穴。內(nèi)層電子離開(kāi)原子后，處于較高能級(jí)的外層電子會(huì)填充這些低能級(jí)的空穴，多余能量可能會(huì)以 X 射線形式放出，而這種X 射線的能量分布可以反映特定元素和躍遷特征。

X射線生成過(guò)程：

（1）能量傳遞給原子中的電子，使其離開(kāi)原子留下空穴；

（2）較高能級(jí)的外層電子填充空穴并釋放出特性X射線。

此種X射線可以用硅漂移探測(cè)器收集，并結(jié)合軟件對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和解釋。化學(xué)信息可以通過(guò)元素面分布和線掃描等多種方式實(shí)現(xiàn)可視化。這樣，利用X射線也就可以識(shí)別樣品中的各種元素。

有趣的是，EDX還可用于定性和定量分析，也就是識(shí)別樣品的元素類(lèi)型以及每種元素的濃度百分比。與傳統(tǒng)掃描電子顯微鏡一樣，EDX 技術(shù)幾乎不需要樣品制備，并且無(wú)損，不會(huì)損壞樣品。

EDX分析以其多種優(yōu)勢(shì)，已在制造業(yè)、研究領(lǐng)域、能源資源管理、快消品等多個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。EDX 已經(jīng)成為掃描電子顯微鏡的重要部分，利用掃描電子顯微鏡進(jìn)行EDX分析，研究人員既可以提高分析結(jié)果質(zhì)量，同時(shí)又能節(jié)省寶貴的時(shí)間。

       長(zhǎng)期以來(lái)，核磁共振技術(shù)（NMR）由于具有迅速、準(zhǔn)確、分辨率高、假陽(yáng)性低，不破壞樣品等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物等科研領(lǐng)域。然而受到儀器成本高昂、維護(hù)費(fèi)用高、實(shí)驗(yàn)室條件嚴(yán)苛等影響，NMR技術(shù)難以普及到各企業(yè)和工廠內(nèi)使用，令眾多工業(yè)領(lǐng)域的客戶望而卻步。

       美國(guó)Anasazi公司提供的小型無(wú)液氦核磁共振波譜儀為各企業(yè)、工廠客戶帶來(lái)了全新的體驗(yàn)，EFT-90系列更是受到很多工業(yè)領(lǐng)域客戶的青睞。究竟EFT-90小型無(wú)液氦核磁是如何打動(dòng)研究者的呢？ 讓我們一起來(lái)看一看。

圖1 EFT-90系列核磁共振波譜儀

EFT-90系列無(wú)液氦核磁共振波譜儀如何贏得工業(yè)領(lǐng)域用戶的芳心？

1. 低成本，易維護(hù)。傳統(tǒng)核磁高昂的儀器費(fèi)用和高成本的液氮消耗總是讓企業(yè)客戶難以承受。小型核磁EFT-90采用了AlNiCo永磁體，具有超高的磁場(chǎng)溫度穩(wěn)定性，無(wú)需再使用液氦，不僅幫助客戶節(jié)省了不菲的儀器采購(gòu)成本，更是省去了液氦的消耗費(fèi)用，讓客戶完全從維護(hù)成本內(nèi)解放出來(lái)；

2. 功能豐富、性能優(yōu)越。可測(cè)1H/13C/19F/31P等各種核子的一維和二維譜圖，數(shù)據(jù)更是多次發(fā)表在高水平國(guó)際化學(xué)期刊上，如J Am Chem Soc；J Med Chem；Chem Mater；Org Lett；Organometallics等；

3. 環(huán)境要求低，無(wú)需單獨(dú)實(shí)驗(yàn)室，放置于普通分析實(shí)驗(yàn)室即可；

4. 儀器具有操作簡(jiǎn)便、無(wú)需專(zhuān)人和隨時(shí)使用的特點(diǎn)，為企業(yè)的生產(chǎn)工作提供極大的便利；

5. 經(jīng)久耐用、儀器穩(wěn)定。于1996年服務(wù)于Lake Forest College的儀器，已持續(xù)工作20年以上。

應(yīng)用案例

高分子化合物應(yīng)用監(jiān)測(cè)方面

       分子印跡是一種為特定高分子化學(xué)物質(zhì)制造選擇性結(jié)合位點(diǎn)的技術(shù)，該技術(shù)包括構(gòu)建含有目標(biāo)分子的聚合物框架和移除目標(biāo)分子兩個(gè)步驟。由于常被作為特定分子的分子印跡聚合物（MIPs）具有交聯(lián)聚合物不溶性的弱點(diǎn)，可通過(guò)可逆加成-斷裂-鏈轉(zhuǎn)移聚合（RAFT）和關(guān)環(huán)復(fù)分解反應(yīng)（RCM）制備MIPs。由圖2可知，經(jīng)過(guò)RCM反應(yīng)后，通過(guò)核磁共振技術(shù)（NMR），可從譜圖內(nèi)4.8—6 ppm處看到丁烯基消失[1]。

圖2 RCM交聯(lián)反應(yīng)后，丁烯基（4.8-6 ppm）消失

       核磁共振技術(shù)（NMR）可作為企業(yè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)樣品監(jiān)測(cè)的有效方法。由圖3可知，在將高分子聚苯乙烯進(jìn)行催化加氫加工處理后，通過(guò)NMR譜圖觀察，發(fā)現(xiàn)化學(xué)位移6 ppm處的信號(hào)峰已經(jīng)消失，判斷實(shí)驗(yàn)加工結(jié)果。而EFT-90臺(tái)式核磁更是可以放在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)隨時(shí)使用，為企業(yè)生產(chǎn)工作提供了便利，提高了工作效率。

圖3 高分子聚苯乙烯催化加氫后，6 ppm處觀察不到信號(hào)峰

食品領(lǐng)域監(jiān)測(cè)方面

       已有研究表明，食品內(nèi)共軛亞麻酸（CLAs）具有降血脂等功效。但是面對(duì)名目繁多的食品，快速、經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方法顯得尤為重要。常規(guī)的氣相色譜（GC）方法存在預(yù)處理麻煩、時(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)大量試劑及后處理困難等特點(diǎn)。而NMR技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確、操作方便等優(yōu)勢(shì)，為食品檢測(cè)提供了全新的方法[2]。

       由圖4可知，NMR可通過(guò)H譜出峰面積進(jìn)行積分定量計(jì)算出樣品內(nèi)CLAs的濃度；由圖5可知，將NMR分析結(jié)果與常規(guī)GC分析結(jié)果進(jìn)行線性相關(guān)比較后，線性系數(shù)為0.97。說(shuō)明NMR與GC具有相同的定量分析能力和可信度。

圖4. 以H譜內(nèi)CLAs在6.30 ppm和5.90 ppm處出峰積分定量，以?xún)?nèi)標(biāo)物甘油在4.2 ppm出峰積分做內(nèi)標(biāo)

圖5. GC與NMR檢測(cè)牛肉內(nèi)CLAs濃度的線性相關(guān)

參考文獻(xiàn)：

[1]. Glen E. Southard, Kelly A. VanHouten, George M. Murray, Soluble and Processable Phosphonate Sensing Star Molecularly Imprinted Polymers, Macromolecules, 2007, 40, 1395-1400.

[2]. ROBERTA MANZANO MARIA, LUIZ ALBERTO COLNAGO, LUCIMARA APARECIDA FORATO, DONALD BOUCHARD, Fast and Simple Nuclear Magnetic Resonance Method To Measure Conjugated Linoleic Acid in Beef, J. Agric. Food Chem., 2010, 58, 6562–6564, DOI:10.1021/jf100345e.