第3章 X射线荧光光谱(XRF)PPT课件

3. TXRF元素分析仪的应用
TXRF元素分析仪在元素分析领域内的应用现状和发展 前景都是令人鼓舞的
它可以广泛应用于地矿、冶金、化工、食品、生物、 医药、环保、法检、考古、高纯材料等各领域内的常量、 微量、痕量元素分析测定 特别在半导体工业中的硅片 表面质量控制方面 有着不可替代的优势
几年来 做了许多仪器改进工作 并在下列应用研究领域内 做过元素分析 地矿：金矿石、金矿泥、萤石、长石、氧化锑 冶金：镍电解液 纯金中杂质元素、铸铁、轴承 环保：纯水、矿泉水、高矿化度盐湖水、自来水、大气飘尘、
五、影响分析精度的因素
采样位置、样品大小、缩分导致的样品代表性问题 样品加工过程中的污染 样品与标样基体差异导致的误差 仪器系统误差（系统稳定性 如电流电压稳定性） 分光精度不高导致的谱线重叠产生误差 检测器的质量 检测方法
六、分析实例
Al2O3 Fe2O3 SiO2 TiO2 SO3 CaO K2O MgO P2O5 LOI
二、X射线荧光光谱仪的组成
X射线发射系统：主要部件是X射线管，在高压和电 流作用下，产生出极高强度X射线，用于激发样品。 冷却系统：用于冷却产生大量热的X射线管，X射线 的发生效率为0.2%。X射线管消耗的电能几乎全部转 化为热量，因此，在X射线管工作时，必须保证冷却 系统运转正常。
样品传输系统：将放置在样品盘中的样品传输到测定 位置。
EC
1470 259 356 347
七、XRF的发展趋势
便携 原位 检测限更低
便携
XLt793便携式 土壤重金属光谱仪
检测物质: 土壤及相关类似松散 (颗粒状)样品
特点：
符合人机工程学设计 手枪手柄式XRF分析仪 分析松散质（颗粒状） 样品 带可工作6-12小时的可充电锂电池 高分辨率检测器 微型X射 线管激发源 内置条码读入器 LCD触摸屏
微区分析系统结构
独自开发的特殊形状的滑动式視野限制准直管 利用ｒ方向滑动与 样品旋转控制的θ旋转 可以在30mm直径内的任意位置进行分析
玻璃片
均一化的样品
粉末压片
坯料 液体，滤纸等
复合样品，不均一样品
电子器件
岩石
棒状样品
传统方法(大面积分析)
分析直径 10mm～30mm
粉碎・压制等前处理
考察不均一性时
第3章 X射线荧光光谱（XRF） X-ray Fluorescence Spectrometer
LAB CENTER
岛津顺序扫描型X射线荧光光谱仪 XRF-1800
地质样品元素分析的基本程序
一、XRF分析原理
当照射原子的X射线能量与原子的内层电子的能量在 同一数量级时 核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后 发生跃迁 而内层电子轨道轨道上留下一个空穴 处于高能 态的外层电子跳回低能态的空穴 将过剩的能量以X射线 的形式放出 所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线 其能量等于原子内壳层电子的能量差 即原子特定的电子 层间跃迁能量 只要测出一系列X射线荧光谱线的波长 即 能确定元素的种类 测得谱线强度并与标准样品比较 即确 定该元素的含量 由此建立了x射线荧光光谱
三、XRF分析的特点
X射线荧光光谱在元素的定性和定量分析中得到广泛应 用，它的突出特点是： （1）谱线简单，多元素间干扰比发射光谱小，除少数轻 元素外，它基本不受化学键和元素在化合物中状态影响； （2）分析灵敏度高，大多数元素检出限达到10-5-10-8g/g; 分析元素的范围宽，从硼到铀（5-92）元素都可以分析， 常用的元素分析范围是氟到铀（9-92） （3）定量分析响应范围宽，从常量到微量mg/kg （4）分析方法的精密度高，误差一般在5%以内；
稀土矿石
两个分析点数据结果比较
检测限更低——TXRF元素分析仪介绍
全反射X荧光(TXRF)分析技术是十多年前才发展起来的 多元素同时分析技术 它突出的优点是检出限低(pg、 ng/mL 及以下)、用样量少(ng级)、准确高度(可用内标法)、 简便、快速 而且要进行无损分析 成为一种不可替代的全 新的元素分析方法 在X荧光谱仪范围内 在最低检出限、 定量性、简便性、准确性、经济性等方面都明显比能谱仪 (XRF)和波谱仪(WXRF) 强 在表面分析领域内 尤其在微 电子工业的大面积硅片表面质量控制中 TXRF已在国际 上得到广泛应用
测定阈值（空气悬浮颗粒重金属含量检测应用）： PPM级 检测结果的单位为ug每份(采集量) 通过使用面积、 体积流量和/或空气取样时间 检测结果可以很容易地转换 成浓度单位
原位 XRF-1800
主要特点
1、世界首创250微米波长色散X射线荧光成象分析（选购 CCD摄像头进行样品观测定位） 2、使用高级次谱线进行定性和定量分析 3、使用背景基本参数(BG-FP)法 进行高分子聚合物材料
Total
MC1-2 76.20 0.76 4.70 3.06
0.08 0.71 0.05 0.23 13.74
99.53
MC1-3 77.45 0.57 2.42 4.06
0.06 0.32 0.04 0.27 14.00
99.18
MC1-4 76.47 0.76 4.25 3.65
0.07 0.69 0.06 0.27 13.58
99.80
MC1-5 68.5 6.85 5.08 3.52
14.4
0.04 0.73 0.00 0.44
MC1-6 39.40 13.10 0.96 1.20
44.80
0.10 0.07 0.02 0.02
MC1-7 70.58 0.74 9.36 4.23
-
0.08 1.82 0.09 0.25
测定元素类型：
对土壤、沉积物以及其他类似的均匀密实样品进行快速的 成分分析 元素周期表中从22号元素钛(Ti)到 94号元素钚(Pu)范围内 的25种基本元素 包括所有的8种 RCRA规定的金属元素 (As Se Ba Cd Cr Ag Hg Pb)
测定方式：
将仪器探测头简单地接触样品便可进行检测 而无需其他 任何数据输入或者再次校准的步骤 测试时间一般为100秒
12.45
99.64
Fe Si Al Na K Mg Ca Zn Mn
wjt1 49.1 89.43 3.54 45.17 30.66 9.53 73.78 9.1 3.54 wjt2 14.8 88.86 5.85 32.98 23.15 61.80 25.94 9.2 6.33 wjt3 14.7 89.70 5.95 31.48 19.78 60.67 25.84 8.2 6.19 wjt4 14.8 90.36 6.05 25.97 14.87 60.62 21.12 10.0 汽车尾气的催化剂配方 陶瓷釉药配方 生物：海洋动物牙齿和体液 医药：丹参中有害微量元素，头发和指甲中的微量痛量元素 食品：饮料中有益和有害元素 法检：撞车现场样品鉴定
定性分析的基础——莫塞来定律
根据布拉格公式: nλ=2dsinθ
改变分光晶体与荧光X射线之间的角度 即可探测到不同 波长的特征荧光X射线
高压电源
分光晶体
准直器
计数率器
计数器
脉高分析器
检测器
放大器
定性分析种类
指定元素定性分析 选择合适的测试条件 对该元素的主要谱线进行定性 扫描 从扫描图谱即可对该元素存在与否予以确认
1. TXRF分析仪工作原理：
TXRF利用全反射技术 会使样品荧光的杂散本底比 XRF降低约四个量级 从而大大提高了能量分辨率和灵 敏率 避免了XRF和WXRF测量中通常遇到的本底增强 效应 大大缩减了定量分析的工作量和工作时间 同时提 高了测量的精确度
2. TXRF元素分析仪主要性能指标
（1）最低绝对检出限：pg 级 （2）最低相对检出限：ng/ml级 （3）单次可用时分析元素数量：20多种 （4）测量元素范围：可以从11号元素到92号元素 （5）样品用量：μl，μg级； （6）可以进行无损分析 （7）测量时间：一般1000秒 （8）输入功率：小于2kw （9）从测量操作到分析出结果全部自动化 （10）主体尺寸：180×80×95（高）cm3
微区分析
分析直径 500μm，3mm
位置指定分析
指定任意位置，在此位置上进行
定性定量·定量分析。
元素图象分析
对指定区域中特定元素的 X 射线強度 或含量进行考察。可以测定多种元素。
250μm 成象分析 世界首创 实用的详细显示
岩石样品
Ba
Ba
250μm display 1mm display
250μm 成象分析，世界首创
薄膜和无机成分的同时测定 4、全智能化、整机(包括光源、真空系统等)一体化设计
5、标准装备4KW铍窗X射线管 具有超长使用寿命 6、坚固耐用 最佳可靠性的回摆臂机械手样品输送装置 7、世界纪录的300/分钟超高速定性分析和基于推定基本
参数法的无标样定量分析 8、岛津专家系统的模板功能和样品匹配功能 9、全功能易于操作的WINDOWS2000平台软件
（5）制样简单，固体、粉末和液体样品都可测定，样品 在分析中不受破坏，属于无损分析法；
（6）多元素同时分析，分析自动化程度高，分析速度快， 几分钟内可同时给出一个样品种所含的几十种元素的定 性、定量分析；
（7）仪器分析计算机操作，计算机计算输出元素百分含 量结果。
尤其是合于地质样品的分析，因而，在地质科学研究中是 不可缺少的仪器设备
全定性 用不同的测量条件(X光管电压、过滤片、狭缝、晶 体和探测器)和扫描条件(2θ、速度和步长等)编制若 干个扫描程序段 对元素周期表中从F到U的所有元 素进行全程扫描
定量分析的一般步骤:
建立分析程序 建立漂移校正程序 建立标样浓度文件 测量曲线 建立校正曲线 测量未知样
XRF与化学分析方法的对比
优点：简便、快速、经济、环保 缺点: 不能测定元素价态 仪器调试维护复杂 需要专业人员
四、地质样品XRF分析程序
采样 --粗破碎--缩分--细碎--缩分--粉碎（-200目）--称量 --与硼酸锂（或硼酸钠）混合--熔样（玻璃态）--上机分 析--获得数据 采样 --粗破碎--缩分--细碎--缩分--粉碎（-200目）--粉末 压片--上机分析--获得数据 岩石-切片-抛光-上机分析-获得数据
CCD 摄像头单元
分析程序显示的观测状态
使用CCD摄像头 更方便地选定样品位置
250μm 成象分析，世界首创
使用选购的CCD摄像头单元，更方便地选取样品分析位置
方便地显示样品像和分析元素像结果
镍的元素像
样品像
元素成象分析例
Ca
P
Si
Fe
选点分析
即使在小斑点上也有完满的灵敏度和分辨率 有效地应用 于非均匀样品和失效分析
Cu Cd Hg Pb As SO42- TOC pH
wjt1 20.3 2998. 3374 260.9 286.3 863.4 0.70 3.1 wjt2 19.6 2996 3338 230.2 198.8 88.4 4.87 6.7 wjt3 19.6 3009 3364 241.6 244.1 140.7 5.04 6.8 wjt4 19.6 3031 3388 236.1 252.8 112.1 6.78 7.0
分光检测系统：把样品产生的X射线荧光用分光元件 和检测器进行分光、检测。
计数系统：统计、测量检测器检测出的信号，同时也 可以除去过强的信号和干扰线。 真空系统：将样品传输系统和分析检测系统抽成真空， 使检测在真空中进行，避免强度的吸收损失 控制和数据处理系统：对各部分进行控制，并处理统 计测量的数据，进行定性、定量分析，打印结果。