薄膜材料检测

近年来，流行病学研究表明，暴露在富含颗粒物(PM)的空气环境中会对健康产生不利影响^[2]。这些研究表明，为了了解它对人类健康的影响，不仅需要了解这些颗粒物的来源、传输媒介，而且还必须研究它们的化学组成及物理性质。在多数情况下，气溶胶分析只提供质量浓度信息及粒径的可能分布。然而，这些PM污染物的主要指标(PM2.5和PM10的质量浓度)本质上是不完善的PM毒性检测方法，识别PM中有毒的成分及其对健康的影响，将为更具针对性的浓度限值和有效的控制策略提供依据。因此，化学组成检测是确定PM有毒成分及流行病学研究的基础^[3]。

此外，相关研究表明，获得颗粒物中相关元素的化学状态信息也有着很重要的作用^[4]。

空气颗粒物(PM)通常由滤膜收集^[5]。传统的光谱分析技术(如：电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES^[6]和原子吸收光谱AAS^[7])用于滤膜分析时有着许多缺点。如：必须使用酸等试剂进行消解；存在试剂杂质污染的问题，挥发性元素的损失，并可能出现稀释后浓度低于检出限的情况。此外，样品消解过程非常费时费力。

直接分析方法的使用避免了上述问题。滤膜直接上机分析，如X射线荧光(XRF)或中子活化分析(INAA)^[8]。其中，XRF被认为是一种非常有效的空气颗粒物(PM)元素分析技术^[9]。其是一种非破坏性分析技术，样品可以留存。然而，XRF分析仍有一些问题：一些元素的灵敏度较低，如果没有适当的校准方法和对照标准品，则很难对滤膜样品进行定量检测。

全反射X射线荧光 (TXRF)^[10]的原理是，当一束X射线以小于全反射临界角的角度照射样品载片上的薄膜样品时，该辐射被反射。因此，基体效应可以忽略不计，TXRF可以检测极少量样品中的目标元素^[11]以及极低含量检测。

一般来说，在小掠入角下的激发方法，如X射线反射^[12]和掠入射X射线衍射^[13]被称为掠入射X射线光谱法。TXRF属于这一类，从激发的角度来看，它是一种静态方法。掠入射角的小步距连续变化使TXRF响应值上升到一个新的维度。在步进扫描过程中收集的荧光辐射也可以绘制成X射线驻波图^[14]。从每个光谱图中提取出目标元素峰强度，并根据相应的入射角绘制出强度分布图。

TXRF仪器所用的可变光束允许根据实际情况对信号强度值进行测定，并评估样品制备方法，而不仅仅是靠经验去确定。事实上，通过XSW分析，可以区分样品的性质：即是小液滴干燥残留物、薄膜样品或大块样品^[15]。对于小液滴干燥残留物，XSW所得荧光强度在载片临界角以下(发生全反射)几乎是恒定的。但在临界角之后，它会降低至一半。对于载片表面非常薄的薄膜或单层样品(如空气滤膜)来说，当入射角度为0°时，荧光强度为0。增大角度至刚好小于临界角时，强度增至四倍，大于临界角后荧光强度大幅下降。对于大块样品，例如没有沉积分析物的空白载片来说，临界角以下时的背景值很低，大于临界角时，入射深度增大，背景荧光强度不断增加^[15]。