2X射线定性--定量分析[1]

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X射线荧光光谱分析技术简介1

Ii=IsWi 式中，Is为Wi=100%时，该元素的荧光X射线的强度。根据上式，可以采用标准曲线法，增量法，内标法等进行定量分析。但是这些方法都要使标准样品的组成与试样的组成尽可能相同或相似，否则试样的基体效应或共存元素的影响，会给测定结果造成很大的偏差。
3.3 标样制作
要做一个测定铝粉的标样如何制作？
1 基础理论与知识
利用X射线荧光进行元素定性、定量分析工作，需要以下三方面的理论基础知识：
三大定律
1 莫塞莱定律
2
布拉格定律
3
朗伯-比尔定律
莫塞莱定律(Moseley's law)，是反映各元素X射线特征光谱规律的实验定律。1913 年H.G.J.莫塞莱研究从铝到金的38种元素的X射线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。
2.2 分光系统
分光系统的主要部件是晶体分光器，它的作用是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开。根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ，当波长为λ的X射线以θ角射到晶体，如果晶面间距为d，则在出射角为θ的方向，可以观测到波长为λ=2dsinθ的一级衍射及波长为λ/2，λ/3等高级衍射。改变θ角，可以观测到另外波长的X射线，因而使不同波长的X射线可以分开。
2.3 检测记录系统
X射线荧光光谱仪用的检测器有流气正比计数器和闪烁计数器。
上图是流气正比计数器结构示意图。它主要由金属圆筒负极和芯线正极组成，筒内充氩（90%）和甲烷（10%）的混合气体，X射线射入管内，使Ar原子电离，生成的Ar+在向阴极运动时，又引起其它Ar原子电离，雪崩式电离的结果，产生一脉冲信号，脉冲幅度与X射线能量成正比。所以这种计数器叫正比计数器，为了保证计数器内所充气体浓度不变，气体一直是保持流动状态的。流气正比计数器适用于轻元素的检测。

第二章X射线衍射分析

鉴定出物相
（二）粉末衍射卡片
1938年，J. D. Hanawalt 等人开始搜集整理上千种已知物质的衍射花样，并将其科学分类。
1942年，由美国材料试验协会（ASTM)出版了1300 中物质的ASTM卡片。
1969年，由国际性的“粉末衍射标准联合会”负责编辑和出版粉末衍射卡片，称为PDF卡片。
测角仪的转速与样品的转速之比为2：1。
为了能增大衍射强度，衍射仪法中采用的是平板式样品，以便使试样被x射线照射的面积较大。这里的关键：
➢ 一方面试样要满足布拉格方程的反射条件。 ➢ 另一方面还要满足衍射线的聚焦条件，使整个试
样上产生的x衍射线均能被计数器所接收。
r R
2 s in
当 2 时， 2 L R 4 2
2
2 L 57 .3
2
2 4R
得到θ角之后，可通过布拉格方程求得每条衍射线的d值。
立方晶系衍射花样指数标定
即确定衍射花样中各线条（弧对）相应晶面的干涉指数，并用来标识衍射线条，又称衍射花样指数化。
底片的安装
正装法
X射线从底片接口处入射，照射试样后从中心孔穿出。衍射花样的特点：低角度的弧线位于底片中央，高角度线则靠近两端。弧线呈左右对称分布。正装法的几何关系和计算均较简单，用于一般的物相分析。
底片安装方法
（a）正装法（b）反装法 (c)偏装法
在满足衍射条件时,根据厄瓦尔德原理,样品
2.4.2 单晶体衍射方法
透射及背反射劳厄法原理图
劳厄法衍射花样
周转晶体法原理图
周转晶体法衍射花样
§2.2 X射线物相分析
物相分析

名词解释

名词解释1）短波限:连续X射线谱的X射线波长从一最小值向长波方向伸展，该波长最小值称为短波限。

P7。

2）质量吸收系数指X射线通过单位面积上单位质量物质后强度的相对衰减量，这样就摆脱了密度的影响，成为反映物质本身对X射线吸收性质的物质量。

P12。

3）吸收限吸收限是指对一定的吸收体，X射线的波长越短，穿透能力越强，表现为质量吸收系数的下降，但随着波长的降低，质量吸收系数并非呈连续的变化，而是在某些波长位置上突然升高，出现了吸收限。

每种物质都有它本身确定的一系列吸收限。

P12。

4）X射线标识谱当加于X射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值kU时，在连续谱的某些特定的波长位置上，会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，故称为X射线标识谱。

P9。

5）连续X射线谱线强度随波长连续变化的X射线谱线称连续X射线谱线。

P7。

6）相干散射当入射线与原子内受核束缚较紧的电子相遇，光量子不足以使原子电离，但电子可在X射线交变电场作用下发生受迫振动，这样的电子就成为一个电磁波的发射源，向周围辐射与入射X射线波长相同的辐射，因为各电子所散射的射线波长相同，有可能相互干涉，故称相干散射。

P14。

7）闪烁计数器闪烁计数器利用X射线激发磷光体发射可见荧光，并通过光电管进行测量。

P54。

8）标准投影图对具有一定点阵结构的单晶体，选择某一个低指数的重要晶面作为投影面，将各晶面向此面所做的极射赤面投影图称为标准投影图。

P99。

9）结构因数在X射线衍射工作中可测量到的衍射强度HKL与结构振幅F称为结构因数。

P34。

10）晶带面（共带面）晶带轴我们说这些相交于平行直线的一组晶面属于同一晶带，称晶带面或共带面，其交线即为晶带轴。

P99。

11）选择反射镜面可以任意角度反射可见光，但X射线只有在满足布拉格方程的角上才能发生反射，因此，这种反射亦称选择反射。

材料分析方法考试复习题

一、名词解释（30分，每题3分） 1）短波限:连续X 射线谱的X 射线波长从一最小值向长波方向伸展，该波长最小值称为短波限。

P7。

2）质量吸收系数指X 射线通过单位面积上单位质量物质后强度的相对衰减量，这样就摆脱了密度的影响，成为反映物质本身对X 射线吸收性质的物质量。

P12。

3）吸收限吸收限是指对一定的吸收体，X 射线的波长越短，穿透能力越强，表现为质量吸收系数的下降，但随着波长的降低，质量吸收系数并非呈连续的变化，而是在某些波长位置上突然升高，出现了吸收限。

每种物质都有它本身确定的一系列吸收限。

P12。

4）X 射线标识谱当加于X 射线管两端的电压增高到与阳极靶材相应的某一特定值k U 时，在连续谱的某些特定的波长位置上，会出现一系列强度很高、波长范围很窄的线状光谱，它们的波长对一定材料的阳极靶有严格恒定的数值，此波长可作为阳极靶材的标志或特征，故称为X 射线标识谱。

P9。

5）连续X 射线谱线强度随波长连续变化的X 射线谱线称连续X 射线谱线。

P7。

6）相干散射当入射线与原子内受核束缚较紧的电子相遇，光量子不足以使原子电离，但电子可在X 射线交变电场作用下发生受迫振动，这样的电子就成为一个电磁波的发射源，向周围辐射与入射X 射线波长相同的辐射，因为各电子所散射的射线波长相同，有可能相互干涉，故称相干散射。

P14。

7）闪烁计数器闪烁计数器利用X 射线激发磷光体发射可见荧光，并通过光电管进行测量。

P54。

8）标准投影图对具有一定点阵结构的单晶体，选择某一个低指数的重要晶面作为投影面，将各晶面向此面所做的极射赤面投影图称为标准投影图。

P99。

9）结构因数在X 射线衍射工作中可测量到的衍射强度HKL I 与结构振幅2HKL F 的平方成正比，结构振幅的平方2HKL F 称为结构因数。

P34。

10）晶带面（共带面）晶带轴我们说这些相交于平行直线的一组晶面属于同一晶带，称晶带面或共带面，其交线即为晶带轴。

X射线荧光分析的基本原理

X射线荧光分析的基本原理1. 绪论物质是由各种元素按照不同的构成方式构成的。

各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。

不同元素的原子，原子核中质子和中子的数量不同，核外电子数也不同，具有不同的原子结构。

核外电子的能量也各不相同，这些能量不同的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。

K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。

原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。

当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。

具有较高能量的外层电子立即补充这一“空穴”而发生跃迁。

发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。

释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。

为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。

对于K层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图1.1所示）。

利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。

图1.1原子结构示意图在形成的线系中，各谱线的相对强度是不同的，这是由于跃迁几率不同。

对K层电子而言,特定元素的荧光X 射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。

2. X射线与固体之间的相互作用X射线照射在固体表面上，主要会产生吸收和散射两种效应。

固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体表面发生散射，使X射线的强度衰减。

XRF法定量分析

用X射线荧光光谱法对物相定量分析司海恩学号：1200801489摘要：本文主要介绍XRF的定量分析原理，新型XRF，如全反射XRF、同步辐射XRF 的原理和应用做了简要的概述。

关键词：定量分析、X射线衍射、荧光、定量分析。

1概述X射线荧光分析方法(XRF) 是20世纪60年代得到迅速发展和应用的一种快速元素定量高精密度的分析方法。

近几年来传统的波长色散和能量色散进展不大, 而同步辐射和全反射进展很快, 分析范围和实际应用日益扩大。

目前全世界大约有14000台XRF，其中能量色散月占3000台，仍然发挥主要作用。

XRF分析样品制备简单, 分析过程在常温下进行, 对环境污染较少, 相对于其它手段具有明显的优势。

X射线荧光光谱分析在很多领域得到广泛的应用，X射线荧光光谱仪定性半定量分析可检测绝大部分元素, 而且还具有可测含量范围大(10 - 6～100 %) 和对样品非破坏的特点, 对了解未知物的物质的组成及大致含量是一种很好的测试手段, 无需标样品即可对各种未知样品进行近似分析。

由于无标样定量分析方法的优越性, 目前已越来越多应用于实际中, 相关的报道也有不少[1 ,2 ]。

在生物领域的应用方面，无标半定量分析法对生物样品进行检测分析, 由于不能同时测定C、H、O、N等轻元素, 而生物中C、H、O、N的含量占大部分, 其机体成分复杂, 采用X射线荧光无标半定量对生物样品中微量元素的准确定量有一定的难度。

因此人们有开发出其他的X射线荧光辐射法来改进七探测性能。

同步辐射同步辐射的特点是强度高, 稳定性好, 光谱范围广, 连续可调。

此外发射角小, 准直性好, 光束偏振, 背景很低。

由于同步辐射有这些独特的优点, 因而引起了分析家的莫大兴趣。

同步辐射是选择诱发X射线发射光谱。

由于吸收限的化学漂移, 反映相当于化学环境内层电子束缚能的系统变化, 因此用同步辐射分析痕量元素的化学态是可能的。

同步辐射实验室X射线显微仪器的发展提供了速度更快、分辨率更高、对比度更好的仪器.是射线层析照相领或中的很大进步, 它提供了建立分辨率约1μm的三维射线成像的可能性。

X射线荧光光谱分析的基本原理

个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14S ，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。

这个过程称为驰豫过程。

驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。

当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐岀较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐岀的次级光电子称为俄歇电子。

它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。

当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放岀，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。

因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。

图10.1 给岀了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。

K层电子被逐岀后，其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫K a射线，由M层跃迁到K层辐射的X射线叫K B 射线……。

同样丄层电子被逐岀可以产生L系辐射(见图10.2)。

如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层，此时就有能量AE释放岀来，且△ E=EK-EL，这个能量是以X射线形式释放，产生的就是K a射线，同样还可以产生K B射线，L系射线等。

莫斯莱(H.G.Moseley)发现，荧光X射线的波长入与元素的原子序数Z有关，其数学关系如下：入=K(Z-s)-2这就是莫斯莱定律，式中K和S是常数，因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的基当一束光或电磁波照射到物质上时，光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。

在通常的状态下，物质中这些微粒处于基态，吸收一定频率的辐射后，由基态跃迁到激发态，这个过程称为辐射的吸收。

处于激发态的微粒是十分不稳定的，大约过10-8—10-9秒，便以辐射的形式释放出多余的能量，重新回到基态，这个过程称为辐射的发射。

X射线物相分析

Hanawalt无机物检索手册；有机相检索手册；
无机相字母索引；
Fink无机索引；矿物检索手册等品种。
14
Han
aw
alt 无
机索引的编排方法是：每个相作为一个条目，在索引相中占一横行。每个条目中的内容包括：
衍射花样中八条强线的面间距和相对强度，按相对
数强度递减顺序列在前面，随后，依次排列着，化学式，卡片编号，参比强度（I/I）。
1980年版本编排规则为：（1）对I3/I2≤0.75的相，以d1d2的编排顺序出现一次；（2）对I3/I2>0.75和I2/I1<0.75的相，以d1d2和d1d3的编
排顺序出现二次；（3）对I3/I2>0.75和I2/I1≥0.75的相，以d1d2，d1d3和
d2d3的编排顺序出现三次。
3
基本原理
任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的X射线照射下，每种晶体物质都给出自己特有的衍射花样。每一种晶体物质和它的衍射花样都是一一对应的。多相试样的衍射花样是由它和所含物质的衍射花样机械叠加而成。
定性相分析的判据。
4
通常定用d性（晶相面间分距析的判定性据相分析方法是将
X射线物相分析
利用X射线衍射的方法对试样中由各种元素形成的具有确定结构的化合物（物相），进行定性和定量分析。
X射线物相分析给出的结果，不是试样的化学成分，而是由各种元素组成的具有固定结构的物相。
2
定性相分析
1. 基本原理 2. PDF卡片 3. PDF卡片索引 4. 分析方法 5.计算机自动检索
7
PDF卡片的内容（1）
（1）1a、1b、1c,三个位置上的数据是衍射花样中前反射区（2 θ <90°）中三条最强衍射线对应的面间距，1d位置上的数据是最大面间距。

X射线定性--定量分析

1 吸收因子 2
将与相含量无关的物理量与强度因子分别用常数C及K表示：
1 e4 3 C I0 2 4 32R m c
衍射线强度公式可简化为：
1 2 1 cos2 2 2 M K 2 Fhkl Phkl e 2 V0 sin cos
V I CK 2
对于由n个相组成的多相混合物，设第j相为待测相，假定该相参加衍射的体积为Vj，强度因子为Kj（C为物理常量），由该相产生的衍射线强度为：
各吸收系数用其它量取代，好像把吸收效应从基体中冲洗出去，故称为基体冲洗法。另外其推导的K值与内标物质加入量的多少无关，且测算容易，因此也
常称为K值法。
K值法与内标法的主要区别在于对比例常数K的处理上不同。内标法的比例常数K与内标物质含量有关，而K值法的比例常数K与内标物质含量无关。
公式推导：设待测试样中含有n个相，要测其中j相的含量（Wj）
(4) 计算待测相的含量由测量待测相的复合试样所得的Ij和IS、S相的掺入量Ws、
预先测出的Kjs计算出W’j ，再利用关系式W’j=Wj/(1-Ws) 即可求出Wj。
Ws W j ； W j I s Ks 1 Ws
' j
Ij
W j'
测试实例：
待测试样：由莫莱石（M），石英（Q）和方解石（C）三个相组成
K值法的优点：
1. K值与待测相和内标物质的含量无关。因此可以任意选取内标物质的
含量 2.只要配制一个由待测相和内标物质组成的混合试样便可测定K值，因
此不需要测绘定标曲线
3.K值具有常数意义，只要待测相、内标物质、实验条件相同，无论待测相的含量如何变化，都可以使用一个精确测定的K值
三、绝热法

X射线能谱仪工作原理及谱图解析1X射线能谱仪分析原理X射线能谱

X射线能谱仪工作原理及谱图解析1、X射线能谱仪分析原理X射线能谱仪作为扫描电镜的一个重要附件，可被看成是扫描电镜X射线信号检测器。

其主要对扫描电镜的微区成分进行定性、定量分析，可以分析元素周期表中从B-U的所有元素信息。

其原理为：扫描电镜电子枪发出的高能电子进入样品后，受到样品原子的非弹性散射，将能量传递给该原子。

该原子内壳层的电子被电离并脱离，内壳层上出现一个空位，原子处于不稳定的高能激发态。

在激发后的10-12s内原子便恢复到最低能量的基态。

在这个过程中，一系列外层电子向内壳层的空位跃迁，同时产生X射线，释放出多余的能量。

对任一原子而言，各个能级之间的能量差都是确定的，因此各种原子受激发而产生的X射线的能量也都是确定的（图1）。

X射线能谱仪收集X射线，并根据其能量对其记数、分类，从而对元素进行定性、定量分析。

图1. 粒子间相互作用产生特征X射线本所能谱仪型号为：BRUKER X-Flash 5010，有四种检测模式：点扫描，区域扫描，线扫描，面扫描。

2、能谱仪检测模式介绍及参数解读2.1 点扫描及区域扫描模式图2 X射线能谱仪点扫描（A）、选区扫描（B）报告点扫描与选区扫描主要用于对元素进行定性和定量分析，确定选定的点或区域范围内存在的所有元素种类，并对各种元素的相对含量进行计算。

能谱检测对倍数要求不高，不同倍数条件下检测结果差异不大，关键在于选取检测的部位。

一般选择较大的块体在5000倍以下检测，因为X射线出射深度较深，除金属或陶瓷等非常致密的材料外，一般的块体在20kV加速电压下，X射线出射深度2μm左右，且点扫描的范围也在直径2μm左右。

因此块体太小或倍数过大，都会造成背景严重，测量准确度下降。

此外，最好选择比较平整的区域检测，因为电子打在坑坑洼洼的样品表面，X射线出射深度差别较大，定量信息不够准确。

特别低洼的区域，几乎检测不到信号，或信号很弱，得到的结果也便不准确。

第三，电子束与轻元素相会作用区域较大，干扰更强，因此轻元素的定量比重元素更加不准确。

X射线荧光光谱分析

X射线荧光光谱分析X射线荧光光谱分析（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRF）是一种无损分析技术，常用于元素和化合物的定性和定量分析。

这种技术利用X射线与物质相互作用产生的特殊光谱，通过测量和分析光谱特征来确定物质的组成和浓度。

X射线荧光光谱分析是基于X射线与物质相互作用的原理。

在分析过程中，样品暴露在高能X射线束下，X射线与样品中的原子产生相互作用，使原子内的内层电子被激发。

当激发的电子回到基态时，会发射出特定能量的X射线，这些特定能量的X射线被称为荧光X射线。

每个元素都有其特定的荧光X射线能量，通过测量样品发射的荧光X射线能量和强度，可以确定样品中元素的种类和相对浓度。

X射线荧光光谱分析常用的仪器是X射线荧光光谱仪（XRF spectrometer）。

该仪器由X射线源、样品支撑台、能量分散元件（如闪烁体晶体），以及能量敏感的探测器（如光电倍增管或固态探测器）等部分组成。

X射线荧光光谱仪可根据实验需要分为两种类型，即能量散射型和功率型。

能量散射型X射线荧光光谱仪在分析中使用了X射线与样品相互作用后发生散射的原理。

这种仪器测量荧光X射线的强度和能量，并通过能量散射的方式来确定元素的种类和相对浓度。

能量散射型X射线荧光光谱仪具有较高的分析灵敏度和较低的检测限。

功率型X射线荧光光谱仪则主要利用了荧光X射线的能量和强度之间的关系。

通过测量荧光X射线的强度，并利用特定的标准物质进行校准，可以定量测量样品中的元素浓度。

功率型X射线荧光光谱仪通常具有较高的灵敏度和较低的分析误差。

X射线荧光光谱分析广泛应用于材料科学、地质学、环境监测、医药化学、金属检测等领域。

在材料科学中，X射线荧光光谱分析可用于分析材料中的元素组成和化合物含量，用于质量控制和质量评估；在地质学中，可以用于岩石和矿石的成分分析和矿物鉴定；在环境监测中，可以用于大气颗粒物和土壤中有毒金属元素的测定和分析；在医药化学中，可以用于药物中有害金属元素的检测和分析；在金属检测中，可以用于金属材料成分分析和金属产品质量检测。

XRF法定量分析

XRF法定量分析XRF法定量分析用X射线荧光光谱法对物相定量分析司海恩学号：1202101489本文主要介绍XRF的定量分析原理，新型XRF，如全反射XRF、同步辐射XRF的原理和应用做了简要的概述。

关键词：定量分析、X射线衍射、荧光、定量分析。

X射线荧光分析方法(XRF) 是20世纪60年代得到迅速发展和应用的一种快速元素定量高精密度的分析方法。

近几年来传统的波长色散和能量色散进展不大, 而同步辐射和全反射进展很快, 分析范围和实际应用日益扩大。

目前全世界大约有14000台XRF，其中能量色散月占3000台，仍然发挥主要作用。

XRF分析样品制备简单, 分析过程在常温下进行, 对环境污染较少, 相对于其它手段具有明显的优势。

由于无标样定量分析方法的优越性, 目前已越来越多应用于实际中, 相关的报道也有不少[1 ,2 ] 。

因此人们有开发出其他的X射线荧光辐射法来改进七探测性能。

同步辐射同步辐射的特点是强度高, 稳定性好, 光谱范围广, 连续可调。

此外发射角小, 准直性好, 光束偏振, 背景很低。

由于同步辐射有这些独特的优点, 因而引起了分析家的莫大兴趣。

同步辐射是选择诱发X射线发射光谱。

由于吸收限的化学漂移, 反映相当于化学环境内层电子束缚能的系统变化, 因此用同步辐射分析痕量元素的化学态是可能的。

X射线荧光光谱仪光谱分析(1)

Ｘ射线荧光光谱仪光谱分析
1895年德国物理学家伦琴(Rontgen W C)发现Ｘ射线，1896年法国物理学家乔治 (Georges S)发现Ｘ射线荧光，20世纪40年代末，弗利德曼(Friedman H)和伯克斯(BirkS L S)应用盖克 (Geiger H)计数器研制出波长色散Ｘ射线荧光光谱仪。自此，Ｘ射线荧光光谱分析(Ｘ射线荧光光谱)进入蓬勃发展的阶段。经过几代人的努力，现已由单一的波长色散Ｘ射线荧光光谱仪发展成拥有波长色散、能量色散、全反射、同步辐射、质子Ｘ射线荧光光谱仪和Ｘ射线微荧光分析仪等一个大家族。Ｘ射线荧光光谱分析之所以获得如此迅速的发展，一方面得利于微电子和计算机技术的飞跃发展，另一方面是为了满足科学技术对分析的要求。该方法作为常规定性和定量分析手段，现已成为物质组成分析的必备方法之一。该分析技术具有如下的特点： (1)可直接对块状、液体、粉末样品进行分析，亦可对小区域或微区试样进行分析，如质子Ｘ射线荧光通过良好聚焦的带电粒子束可提供0.5μm的束斑。 (2)可分析镀层和薄膜的组成和厚度，如用基本参数法薄膜软件可分析多达十层膜的组成和厚度。 (3)波长色散和能量色散Ｘ射线荧光光谱仪对元素的检测范围为10-5％～100％，对水样的分析可达10-9数量级；全反射Ｘ射线荧光光谱的检测限已达到Байду номын сангаас0-9～10-12g。它们已能满足许多物质的分析要求。
Presentation Outline
概要
元素周期表
(4)随着计算机技术的迅猛发展，理论影响系数和基本参数法用于元素间吸收增强效应校正的软件，已可在线用于常规定量分析。这使得目前进行定量分析时，所用标准样品已由过去必须与试样在物理化学形态上相似的标准样品，过渡为可以用非相似标准样品，如纯元素或氧化物标准样品，因此进行定量分析更方便。 (5)谱仪不仅已具有自动化、智能化、小型化和专业化等特点，并在性能上也有很大改进。如顺序式波长色谱仪对主、次量元素测定仅需2s，以至于过去必须用多道波长色散谱仪分析的项目，现在可用性能优越、价格低廉的顺序式谱仪完成。这为用户根据需要选用相应的仪器提供更多的选择空间。 (6)由于仪器光源稳定，保证了长期稳定性，其指标已从20世纪80年代的0.1％提高到目前的0.04%，保证了分析数据的可靠性和分析结果的高精度。 (7)从常规分析的需要来看，其分析结果的准确度可与化学分析相媲美。 (8)Ｘ射线荧光光谱是非破坏分析方法，随其分析技术的发展，已广泛用于古陶瓷、金属屑和首饰的组成分析，为文物的断源和断代提供了可靠的信息。 (9)能量色散谱仪特别是低分辨率谱仪已是在线分析的首选仪器之一，对提高产品质量起很大作用。 (10)除提供组成分析外，以波长色散谱仪为代表，该法还可在许多情况下提供待测元素的价态、配位和键性能等化学态信息。

x射线光谱法

x射线光谱法X射线光谱法是一种基于X射线与物质相互作用原理，对物质进行定性和定量分析的方法。

一、X射线光谱法的基本原理X射线光谱法是一种基于X射线与物质相互作用原理，对物质进行定性和定量分析的方法。

X射线是一种高能电磁波，具有较高的穿透能力和很高的能量。

当X射线与物质相互作用时，会发生能量交换，导致X射线的能量被吸收或改变，同时也会产生一些次级效应，如电离、激发、散射等。

这些次级效应可以被用来进行物质的分析。

二、X射线光谱法的分类X射线光谱法可以根据不同的分类方法进行分类。

根据激发源的不同，可以分为X射线荧光光谱法和X射线吸收光谱法。

1. X射线荧光光谱法X射线荧光光谱法是一种利用X射线照射样品，使样品中的原子或分子被激发到高能态，然后回到基态时释放出荧光光谱的方法。

这些荧光光谱具有特定的波长和强度，可以用来进行物质定性和定量分析。

2. X射线吸收光谱法X射线吸收光谱法是一种利用X射线照射样品，测量样品对X射线的吸收程度的方法。

由于不同原子或分子对X射线的吸收程度不同，因此可以通过测量吸收程度来对物质进行定性和定量分析。

三、X射线光谱法的应用X射线光谱法在各个领域都有广泛的应用，如化学、材料科学、生物学、医学、环境科学等。

以下是几个具体应用实例：1. 化学分析X射线光谱法可以用来对元素进行定性和定量分析，如对元素周期表中的元素进行分析。

此外，还可以用来研究化学键的结构和性质，如对有机物、无机物、配合物等进行结构分析。

2. 材料科学X射线光谱法可以用来研究材料的结构和性质，如对金属、合金、陶瓷等进行结构分析。

此外，还可以用来研究材料的相变、晶体结构、表面吸附等行为。

3. 生物学和医学X射线光谱法可以用来对生物样品进行定性和定量分析，如对蛋白质、DNA等进行结构分析。

此外，还可以用来研究生物分子的相互作用和动力学行为。

4. 环境科学X射线光谱法可以用来对环境样品进行定性和定量分析，如对水体、土壤、大气等进行污染物分析和化学成分分析。

x-射线粉末衍射法物相剖析[整理版]

X－射线粉末衍射法物相分析一、X-射线粉末衍射法物相分析原理X-射线衍射法物相分析，可分为定性分析和定量分析，本文主要介绍定性分析方法。

所谓X射线物相定性分析就是根据x射线对不同种晶体衍射而获得的衍射角、衍射强度数据，对晶体物相进行鉴定的方法。

晶体是由质点(原子、离子、分子)在空间周期地排列而构成的固体物质。

在粉末晶体或多晶样品中含有千千万万个小晶粒，它们杂乱无章、取向机遇地聚集在一起。

当一束单色x射线照射到某一个小晶粒上，由于晶体具有周期性的结构，当点阵面距d与X射线入射角θ之间应符合布拉格(Bragg)方程: 2 d(hkl)Sinθ＝时，就会产生衍射现象。

图1：晶体衍射示意图每一种结晶物质，都有其特定的结构参数，即点阵类型、晶胞大小、单胞中原子(离子或分子)的数目及其位置等等，而这些参数：在x射线的衍射图上均有所反映。

所以尽管物质的种类有千千万万，但却难以找到两种衍射图完全相同的物质。

粉末衍射线条的数目、位置及其强度，就象人的指纹一样，反映了每种物质的特征，因而可以成为鉴别物相的标志。

如果将几种物相混合进行x射线衍射，则所得到的衍射图将是各个单独物相的衍射图的简单迭加。

根据这一原理，就有可能从混合物的衍射图中将各个物相一个个鉴别出来。

混合物中某种物质的衍射强度与其在混合物中的含量成正比。

含量大，衍射强度大；否则变小。

二、X射线衍射仪为了获得晶体的x射线衍射图，目前多采用衍射仪法。

射仪法具有操作方便、速度快、衍射强度准确等优点。

1．基本结构。

X射线衍射仪基本包括三个部分：X射线发生器。

用于产生X射线，常用的阳极靶元素是Cu，入射X射线波长为1.54Å。

电子学系统。

将样品的衍射信号转换成一个与衍射强度成正比数字讯号用电脑记录下来。

测角仪。

测量X射线入射角，过滤入射线和衍射线，确定计数管位置。

三、结果处理1. 衍射图的标识。

样品标号，样品反应条件，如反应物、反应时间、反应温度等。

根据衍射峰位置及强度查索粉末衍射卡片确定样品物相，标出衍射峰对应衍射面的点阵面指数：hkl。

XPS实验报告

1 了解X 射线光电子能谱的产生原理；2 掌握X 射线光电子能谱的定性分析和定量分析依据；3 了解X 射线光电子能谱仪的基本结构；4 掌握X 射线光电子能谱的谱图处理和分析过程。

固体表面分析业已发展为一种常用的仪器分析方法，特殊是对于固体材料的分析和元素化学价态分析。

目前常用的表面成份分析方法有：X 射线光电子能谱(XPS) , 俄歇电子能谱(AES)，静态二次离子质谱(SIMS)和离子散射谱(ISS)。

AES 分析主要应用于物理方面的固体材料科学的研究，而XPS 的应用面则广泛得多，更适合于化学领域的研究。

SIMS 和ISS 由于定量效果较差，在常规表面分析中的应用相对较少。

但近年随着飞行时间质谱(TOF-SIMS)的发展，使得质谱在表面分析上的应用也逐渐增加。

下面主要介绍X 射线光电子能谱的实验方法。

X 射线光电子能谱(XPS)也被称作化学分析用电子能谱(ESCA)。

该方法是在六十年代由瑞典科学家Kai Siegbahn 教授发展起来的。

由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981 年，Kai Siegbahn 获得了诺贝尔物理奖。

三十多年的来，X 射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。

XPS 已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，业已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。

XPS 的研究领域也再也不局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。

目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种最主要的表面分析工具。

在XPS 谱仪技术发展方面也取得了巨大的发展。

在X 射线源上，已从原来的激发能固定的射线源发展到利用同步辐射获得X 射线能量单色化并连续可调的激发源；传统的固定式X 射线源也发展到电子束扫描金属靶所产生的可扫描式X 射线源；X 射线的束斑直径也实现了微型化，最小的束斑直径已能达到 6 微米大小, 使得XPS 在微区分析上的应用得到了大幅度的加强。

X射线衍射的定量物相分析

摘要X射线在晶体中的衍射，实质上是大量原子散射波互相干涉的结果。

每种晶体所产生的衍射花样都是其内部原子分布规律的反映。

研究X射线衍射，可归结为衍射方向和衍射强度两方面问题。

衍射方向由晶胞大小、晶胞类型和位向等因素决定，衍射强度主要与原子类型及其在晶胞中位置有关。

本文简单介绍了X射线衍射物相定量分析的基本原理以及几种典型的分析方法，即直接对比法、内标法和外标法。

0、引言X射线衍射物相定量分析已被广泛应用于材料科学与工程的研究中。

X射线衍射物相定量分析有内标法、外标法、绝热法、增量法、无标样法、基本冲洗法和全谱拟合法等常规分析方法。

内标法、绝热法和增量法都需要在待测样品中加入参考标相并绘制工作曲线，如果样品含有物相较多，谱线较复杂，再加入参考标相会进一步增加谱线的重叠机会，给定量分析带来困难。

无标样法、基本冲洗法和全谱拟合法等分析方法，虽然不需要配制一系列内标标准物质和绘制标准工作曲线，但需要烦琐的数学计算，其实际应用也受到了一定限制。

外标法虽然不需要在样品中加入参考标相，但需要用纯的待测物质制作工作曲线，这在实际应用中也是极为不便的。

1、X射线定量物相分析的基本原理物相分析与化学分析方法不同，化学分析仅仅是获得物质中的元素组分，物相分析则是得到这些元素所构成的物相，而且物相分析还是区分相同物质同素异构体的有效方法。

X射线定量物相分析，是在已知物相类别的情况下，通过测量这些物相的积分衍射强度，来测算它们的各自含量。

多相材料中某相的含量越多，则它的衍射强度就越高。

但由于衍射强度还受其它因素的影响，在利用衍射强度计算物相含量时必须进行适当修正。

定量分析的依据，是物质中各相的衍射强度。

设试样是由n 个相组成的混合物，则其中第j 相的衍射相对强度可表示为式中(2μl )-1对称衍射即入射角等于反射角时的吸收因子，μl 试样平均线吸收系数，V 试样被照射体积，V c 晶胞体积，P 多重因子，｜F｜2结构因子，L p 角因子，e-2M 温度因子。