การปล่อยรังสีเอกซ์ที่เกิดจากอนุภาคหรือการปล่อยรังสีเอกซ์ที่เกิดจากโปรตอน ( PIXE ) เป็นเทคนิคที่ใช้ในการหา องค์ประกอบ ทางเคมีของวัสดุหรือตัวอย่างเมื่อวัสดุสัมผัสกับ ลำแสง ไอออนจะเกิดปฏิกิริยาระหว่างอะตอมซึ่งปล่อยรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นอยู่ใน ช่วง รังสีเอกซ์ของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า เฉพาะธาตุนั้นๆ PIXE เป็นเทคนิค การวิเคราะห์องค์ประกอบทางเคมีที่มีประสิทธิภาพแต่ไม่ทำลายตัวอย่างซึ่งปัจจุบันนักธรณีวิทยา นักโบราณคดี นักอนุรักษ์งานศิลปะ และอื่นๆ ใช้เป็นประจำเพื่อช่วยตอบคำถามเกี่ยวกับแหล่งที่มา การกำหนดอายุ และความแท้จริงของสิ่งของ

เทคนิคนี้ได้รับการเสนอครั้งแรกในปี พ.ศ. 2513 โดย Sven Johansson จากมหาวิทยาลัย Lundประเทศสวีเดนและได้รับการพัฒนาในช่วงไม่กี่ปีต่อมาโดยเพื่อนร่วมงานของเขา Roland Akselsson และ Thomas B Johansson ^{[ 1 ]}

การพัฒนาล่าสุดของ PIXE โดยใช้ลำแสงที่โฟกัสอย่างแม่นยำ (ต่ำถึง 1 ไมโครเมตร) ทำให้สามารถวิเคราะห์ในระดับจุลภาค ได้ เทคนิคนี้เรียกว่าmicroPIXE ซึ่งสามารถใช้ในการกำหนดการกระจายตัวของธาตุปริมาณน้อยในตัวอย่างหลากหลายชนิด เทคนิคที่เกี่ยวข้องอีกอย่างหนึ่งคือ การปล่อย รังสีแกมมาที่เกิดจากอนุภาค(PIGE) ซึ่งสามารถใช้ตรวจจับธาตุเบาบางชนิดได้

นอกจากนี้ ยังมี เครื่องมือ แบบมัลติเพล็กซ์ที่รวมเทคนิค PIXE เข้ากับการวิเคราะห์มวลสารของโมเลกุล ได้แก่ PDI-PIXE-MS หรือ PIXE-MS

สามารถเก็บสเปกตรัมได้สามประเภทจากการทดลอง PIXE:

1. สเปกตรัมการปล่อยรังสีเอ็กซ์
2. สเปกตรัมการกระเจิงย้อนกลับของรัทเทอร์ฟอร์ด
3. สเปกตรัมการส่งผ่านโปรตอน

ทฤษฎีควอนตัมกล่าวว่า อิเล็กตรอนที่โคจรรอบอะตอมจะต้องอยู่ในระดับพลังงาน ที่ แน่นอนจึงจะเสถียร การยิงด้วยไอออนที่มีพลังงานสูงเพียงพอ (โดยปกติคือ โปรตอนระดับ MeV ) ที่ผลิตโดยเครื่องเร่งอนุภาคไอออน จะทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนของอิเล็กตรอนในวงโคจรชั้นในของอะตอมในตัวอย่าง อิเล็กตรอน ในวงโคจรชั้นนอก จะ ตกลงมาแทนที่ช่องว่างในวงโคจรชั้นใน อย่างไรก็ตาม มีเพียงการเปลี่ยนสถานะบางอย่างเท่านั้นที่ได้รับอนุญาต รังสีเอกซ์ที่มีพลังงานเฉพาะของธาตุนั้นจะถูกปล่อยออกมา เครื่องตรวจจับแบบกระจายพลังงานจะใช้ในการบันทึกและวัดรังสีเอกซ์เหล่านี้

สามารถตรวจจับได้ เฉพาะธาตุที่หนักกว่าฟลูออรีน เท่านั้น ขีดจำกัดการตรวจจับต่ำสุดสำหรับลำแสง PIXE กำหนดโดยความสามารถของรังสีเอกซ์ในการผ่านหน้าต่างระหว่างห้องและตัวตรวจจับรังสีเอกซ์ ขีดจำกัดสูงสุดกำหนดโดยภาค ตัดขวางการแตกตัว เป็นไอออนความน่าจะเป็นของการแตกตัวเป็นไอออนของเปลือกอิเล็กตรอน K จะมีค่าสูงสุดเมื่อความเร็วของโปรตอนตรงกับความเร็วของอิเล็กตรอน (10% ของความเร็วแสง ) ดังนั้นลำแสงโปรตอน 3 MeV จึงเหมาะสมที่สุด^{[ 2 ]}

โปรตอนยังสามารถมีปฏิสัมพันธ์กับนิวเคลียสของอะตอมในตัวอย่างผ่านการชนแบบยืดหยุ่นการกระเจิงย้อนกลับของรัทเทอร์ฟอร์ดซึ่งมักจะผลักโปรตอนออกไปในมุมใกล้เคียง 180 องศา การกระเจิงย้อนกลับให้ข้อมูลเกี่ยวกับความหนาและองค์ประกอบของตัวอย่าง คุณสมบัติโดยรวมของตัวอย่างช่วยให้สามารถแก้ไขการสูญเสียโฟตอนของรังสีเอกซ์ภายในตัวอย่างได้

การส่งผ่านโปรตอนผ่านตัวอย่างยังสามารถนำมาใช้เพื่อหาข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่างได้อีกด้วย การส่งผ่านโปรตอนเป็นหนึ่งในกระบวนการที่สามารถใช้ในการศึกษาผลึกได้

MicroPIXE เป็นเทคนิคที่มีประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์ภาพวาดและโบราณวัตถุแบบไม่ทำลาย แม้ว่าจะให้ผลการวิเคราะห์องค์ประกอบเพียงอย่างเดียว แต่ก็สามารถใช้เพื่อแยกแยะและวัดชั้นต่างๆ ภายในความหนาของวัตถุได้^{[ 3 ]}เทคนิคนี้เทียบได้กับเทคนิคแบบทำลาย เช่นการวิเคราะห์ตระกูลพลาสมาเหนี่ยวนำ (ICP) ^{[ 4 ]}

การวิเคราะห์ เซลล์และเนื้อเยื่อ ทั้งหมด สามารถทำได้โดยใช้ลำแสงไมโครPIXE วิธีนี้เรียกอีกอย่างว่ากล้องจุลทรรศน์นิวเคลียร์^{[ 5 ]}

การวิเคราะห์โปรตีนโดยใช้ microPIXE ช่วยให้สามารถกำหนดองค์ประกอบธาตุของโปรตีนเหลวและโปรตีน ผลึกได้ microPIXE สามารถวัดปริมาณโลหะในโมเลกุลโปรตีนด้วยความแม่นยำสัมพัทธ์ระหว่าง 10% ถึง 20% ^{[ 6 ]}

ข้อดีของ microPIXE คือ เมื่อทราบลำดับของโปรตีนแล้ว การปล่อยรังสีเอกซ์จากกำมะถันสามารถใช้เป็นมาตรฐานภายในเพื่อคำนวณจำนวนอะตอมโลหะต่อโมโนเมอร์ของโปรตีนได้ เนื่องจากมีการคำนวณเฉพาะความเข้มข้นสัมพัทธ์เท่านั้น จึงมีข้อผิดพลาดที่เป็นระบบน้อยมาก และผลลัพธ์มีความสอดคล้องกันภายในอย่างสมบูรณ์

นอกจากนี้ ยังสามารถวัดความเข้มข้นสัมพัทธ์ของDNA ต่อโปรตีน (และโลหะ) ได้โดยใช้หมู่ ฟอสเฟตของเบสเป็นตัวสอบเทียบภายใน

ลำแสงโปรตอนสามารถใช้สำหรับการเขียน ( การเขียนด้วยลำแสงโปรตอน ) โดยการทำให้พอลิเมอร์ แข็งตัว (ด้วยการเชื่อมโยงข้าม ที่เกิดจากโปรตอน ) หรือโดยการทำให้วัสดุที่ไวต่อโปรตอนเสื่อมสภาพ ซึ่งอาจส่งผลสำคัญในสาขาเทคโนโลยี นาโน

สามารถสร้างแผนที่สองมิติขององค์ประกอบทางเคมีได้โดยการสแกนลำแสง microPIXE ไปทั่วเป้าหมาย

สเปกโทรเมตรีมวลแบบการแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคที่เหนี่ยวนำโดยรังสีเอกซ์ (PIXE-MS) เป็นเทคนิคที่รวม PIXE เข้ากับสเปกโทรเมตรีมวลของโมเลกุล การหาปริมาณธาตุจะทำโดย PIXE ด้วยไอออนหนักเช่น ออกซิเจน ในขณะเดียวกันก็เก็บไอออนโมเลกุลเพื่อวิเคราะห์มวลในสเปกโทรเมตรีมวลแบบควอดรู โพล หรือ เครื่องมือแบบ ไทม์ออฟไฟลต์ (TOF) ^{[ 7 ]} ICP-MS จะหาปริมาณเฉพาะองค์ประกอบธาตุโดยใช้สเปกโทรเมตรีมวลเท่านั้น ไม่ใช่ข้อมูลโมเลกุล การสแกนแบบต่อเนื่องอาจทำได้ด้วยลำแสงไอออนไฮโดรเจน จากนั้นใช้ลำแสงไอออนหนักเพื่อแตกตัวเป็นไอออนและทำให้ ตัวอย่าง วิเคราะห์แตกตัวเป็นไอออน เทคนิคนี้ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ทั้งองค์ประกอบธาตุและไอออนโมเลกุล หรือชนิดของโมเลกุลที่มีอยู่ในตัวอย่างโดยใช้ลำแสงไอออนหนัก โดยทั่วไปจะใช้เครื่องเร่งอนุภาค 4 MeV กับตัวอย่างที่เตรียมใน กลี เซอรอลบนแผ่นคาร์บอน^{[ 8 ]}

การวิเคราะห์ข้อมูลที่รวบรวมได้สามารถทำได้โดยใช้โปรแกรม Dan32 ^{[ 9 ]}ซึ่งเป็นส่วนหน้าของ gupix ^{[ 10 ] [ 11 ]}

เพื่อให้ได้สัญญาณกำมะถันที่ชัดเจนจากการวิเคราะห์ บัฟเฟอร์ไม่ควรมีกำมะถัน (เช่น ไม่มีสารประกอบ BES, DDT , HEPES , MES , MOPS O หรือPIPES ) นอกจากนี้ควรหลีกเลี่ยง คลอรีน ในปริมาณมากเกินไป ในบัฟเฟอร์ เนื่องจากจะทับซ้อนกับพีคของกำมะถันKBrและNaBrเป็นทางเลือกที่เหมาะสม

เนื่องจากโปรตอนและอนุภาคประจุหนักมีความสามารถในการทะลุทะลวงต่ำ เทคนิค PIXE จึงจำกัดอยู่เพียงการวิเคราะห์ตัวอย่างที่อยู่ลึกเพียงไม่กี่ไมโครเมตรบนสุดเท่านั้น

การใช้ลำแสงโปรตอนมีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับลำแสงอิเล็กตรอน เช่น การเกิดประจุในผลึกจากรังสีเบร็ มส์ตรัลลุงน้อยกว่าแม้ว่าจะมีบ้างจากการปล่อยอิเล็กตรอนออเกอร์และน้อยกว่าอย่างมากเมื่อเทียบกับการใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเป็นลำแสงหลัก

เนื่องจากโปรตอนมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอน จึงทำให้ลำแสงเบี่ยงเบนไปด้านข้างน้อยกว่า ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานการเขียนด้วยลำแสงโปรตอน

• การวิเคราะห์ภาพเขียน "พระแม่มารีแห่งเครื่องกว้าน" ของเลโอนาร์โด ดา วินชี โดยใช้โปรแกรม PIXE
• การประยุกต์ใช้ PIXE ในการศึกษาเครื่องประดับทองเคลือบลงยาแบบเรเนซองส์
• (PDF) PDI-PIXE-MS: การวิเคราะห์มวลสารด้วยการปล่อยรังสีเอกซ์จากอนุภาคโดยการแตกตัวเป็นไอออนจากการดูดซับอนุภาค
• (PDF) PIXEMS PNNL031209 – การนำเสนอของห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ – "การวิเคราะห์มวลสารด้วยการปล่อยรังสีเอกซ์ที่เกิดจากการดูดซับอนุภาค" – PDI-PIXE-MS
• (PDF) Sproch, N., Ashbaugh, MD, Morse, D., Grant, P., McIntyre Jr., LC, Antolak, A., Fernando, Q., "PD/PIXE-MS: Particle Desorption Particle Induced X-ray Emission Mass Spectrometry", รายงานการประชุม ASMS ครั้งที่ 49 ว่าด้วยสเปกโทรเมตรีมวลและหัวข้อที่เกี่ยวข้อง; ชิคาโก, อิลลินอยส์, 27 พฤษภาคม – 31 พฤษภาคม 2544