宏观X射线荧光成像（MA-XRF）

MA-XRF 是一种利用准直或聚焦X射线束扫描绘画表面，获取表层和次表层元素分布成像的技术。颜料层中的原子受到初级X射线束激发，每个原子都会因光电子发生而产生一个内壳层空位。原子的外壳层电子会填充到内壳层空位以获得稳定，这个能量差则会以荧光辐射的形式发射出来。这个能量通常在X射线范围内，能量大小取决于所涉及轨道的能量差，也就是取决于元素的原子序数（Z)。解读X射线的谱图时，可依靠特征线谱图来识别检测对象所含的元素。这些特征线通常用西格巴恩命名法来命名，以表示的内壳层空位的层级（K、L或M）和电子下降到壳层的距离（1，2，3：α， β， y)。

MA-XRF 仪器使用的能量范围是 1~25 keV，但有时也会扩展到 40 kev。因此，可利用K系射线研究从 Si（Z=14）到 Ba （Z=56）的元素，或利用L系射线研究更重的元素。MA-XRF生成的元素分布成像显示的是一种元素的一条荧光线的强度分布。不过成像所记录的信号来源（绘面层）深度取决于元素特征线的能量。

4. 局限性

与传统照相技术相比，MA-XRF成像速度较慢所需时间因绘画尺幅和仪器而异，整幅画面的扫描可能需要数小时到数天的时间。已发表的研究表明，测量面积为几平方米的绘画需要花费数天时间 (Alfeld 和Janssens，2015；Van der Snickt 等，2017）。图像的横向分辨率受限于扫描的主光束尺寸和可用于扫描时间。 横向分辨率加倍，则扫描时间增至4倍。

MA-XRF提供的是元素信息，而非化学信息，因此用这种方法几乎无法确切辨识任何一种颜料粉。大部分古代绘画都由一套复杂重叠的绘画层构成。MA-XRF提供的是这些层的平面投影，包含的层位信息非常有限，也很难分出哪些信号来自哪个层。

在解读成像时还需注意，来自次表层的荧光辐射会（部分地）被盖在上面的表层吸收。对象发射能量取决于 X射线被吸收的情況，因此可通过比较不同特征线 (如铅的L线和 M线)的强度来获得(有限的)层位信息。由于古代绘画的层位信息复杂，不可能像均质样品那样用 XRF 数据进行绝对量化。

元素分布成像通常显示为线性的灰度图像，色调越亮表示强度越高。但也可以用一种色彩来显示一种元素的分布成像，继而用不同色彩的成像叠加出不同种元素的分布情况，以获得便于解读的结果。此外，可以用多个不同的软件包，利用全光谱反褶积实现线条重叠，以此来评估元素分布成像，也可以简单地把一系列能量通道直接整合起来（ Alfeld 和 Janssens, 2015）。

警示：X射线是不可见的，可以穿透许多材料（如较薄的内壁)。它们对使用者和旁观者极为有害，并可能永久性地损伤皮肤和眼睛。长时间暴露于X射线对光油层和颜料层也是有害的，不过，尚末出现MA-XRF 短时间（常为几秒或更短时间）暴露后造成辐射损害的报道。

7.技术简史

尽管在 2008 年之前已经有过对小面积的绘画进行 XRF 的尝试，但首次证明这种方法价值的，是德国电子同步加速器研究所 （DESY）对凡 •高的《草地》( Patchof Grass）所做的一次实验（Dik 等，2008)。这次实验推动了同步辐射光源在绘画研究领域的进步，也推动了便携式X射线管扫描仪的发展（ Alfeld 等，2011）。目前已有两款商用设备：一款是配多毛细管的 Bruker M6 Jetstream (Alfeld 等，2013），另一款是使用针孔的 XGLab Crono ( Alberti 等，2017）。文献中也已出现了对全场系统的设备（如能量色散X射线相机）的描述，但这种设备的应用尚未普及( Silva 等，2015）。比起X射线管光源，同步辐射光源的发散光束较少，可提供更高的横向分辨率，对较重元素的激发效果更好，但大部分研究仍在使用X射线管仪器。MA-XRF也可与其他先进技术（如 XANES）结合使用。