X荧光光谱仪的原理
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X-荧光光谱仪讲座
1、简述X荧光光谱仪的原理和结构? 2、P10气的作用是什麽?
X-荧光光谱仪原理和结构
❖ 一、简介
X射线荧光(XRF)能用于测定周期表中多达83个元素所组成的各种形 式和性质的导体或非导体固体材料,其中典型的样品有玻璃、塑料、金属、 矿石、耐火材料、水泥和地质物料等。凡是能和X射线发生激烈作用的样品 都不能分析,而要分析的样品必须经受在真空(4~5Pa)环境下测定,与其 他分析技术相比,XRF具有分析速度快,稳定性和精密度好以及动态范围宽 等优点。
闪烁材料时会发出可见光,当闪烁晶体发出的可见光射入光电 倍增管的光阴极上时,光阴极就发射光电子。光电倍增管是由 一些称作打拿极的阳极和光阴极组成,打拿极以连续增热方式 排列,以相继一级级地加速由光阴极发出的光电子,根据打拿 极的数量和光电倍增管使用的高压,在内部最后可放大到 105~106数量级。
❖ 闪烁计数器也是正比计数器,它产生的脉冲幅值和入射光子能 量成正比,脉冲强度和光子数成正比。它用于波长较短的X射 线检测。
❖ 晶体的稳定性:由于温度变化时,晶面会膨胀或收缩使2d值改变, 根据Bragg公式在θ角不变时测到的波长发生变化,数据就发生波 动,PET晶体是对温度最敏感的晶体,为了保证数据的稳定提高测 量精度,必须在恒温下进行。
⑶探测器
❖ X荧光仪共有2个探测器,即流气正比计数器和闪 烁计数器,装在探测器架上,可程控切换.
❖ 在分析样品的情况下,当来自X光管的初级X射线和试样作 用后产生以下三种现象:(1)X射线中的光电子被试样中的原 子吸收后,产生X荧光和俄歇效应。(2)X射线被试样中的原 子碰撞后产生相干散射和非相干散射。(3)X射线未被试样原 子吸收也未被试样中的原子碰撞,而是穿透试样继续传播,而 X射线荧光光谱仪测量的就是X荧光。
晶体衍射和稳定性
❖ 具有符合某些条件时晶面才反射X射线,这种选择性反射称为 衍射。
❖ 布拉格定律指出:如果在晶面间距为d的晶格面上反射波长为λ 的X射线,那么这个波与相邻平面反射的波在路程上相差 “2dsinθ‘的距离,当这段距离的长度是波长的整数倍时,反射 的X射线被加强,否则它们互相抵消。
❖ 布拉格(Bragg)公式 nλ=2dsinθ根据这一公式就可以通过改变 衍射角将多波长X射线中某一特定的波长从其他波长中衍射出 来,达到分光的目的。
⑵色散系统
❖ 初级X射线照射样品后,样品会发出由各组成元素生成的混杂 在一起的多色次级X射线,色散系统的任务就是要将某一待测 元素从上述混杂线中分离出来,送入探测器检测。
❖ 单道扫描型波长色散X荧光光谱仪是采用平行光结构,它的分 光元件(准直器和平面晶体),以及探测器都安装在测角仪装 置上,试样位置不变,测定时,晶体和探测器分别对来自试样 的次级射线作θ和2θ的相对运动,这时所需检测的谱线就被分离 出来,并被检出。
流气正比计数器
: ❖ 在工作时有一定量气体流过,气体流量和压力受控保持恒定的,它的入
射窗口是一层很薄的涂有铝的聚丙烯膜,厚度在1微米左右,他大多数用在 测角仪上。我公司9800XP荧光仪使用的窗膜是薄型PEA6,它的厚度是0.6微 米。他是在一个金属圆柱型腔体内沿其中心轴挂有一根金属丝,其直径约 为25—75微米,接高压起阳极作用,金属筒外壳接地做阴极,筒体内充的 是惰性气体,如氩气,并混有淬灭气体甲烷,我公司在测角仪中流气正比 计数器使用的是P10气,它的组成是90%Ar+10%CH4。X射线光子通过窗膜 射入计数器内作用于惰性气体,就使这些气体原子接受能量后发生电离, 产生电子离子对Ar→Ar++e-,对某一确定的气体而言,如果所有入射的光子都 产生电子离子对,则电子离子对的数目与光子的能量成正比,这时的离子 对只是初级电离,还达不到被有效检测的程度,还需要气体放大或雪崩。 当探测器加以高压在电场的作用下,电子走向阳极丝,而离子走向筒体负 极,当加速电子与其他气体原子碰撞产生二次电离,使带电粒子数有了相 当大的增加,当电子到达离阳极丝只有几个直径的距离时(约100—200微 米),倍增级数加大即Ar原子进一步离子化。在正比计数区,每个初级电子
2、其结构
X光管
X射线 样品
X荧光 初级准直器 平
行光 晶体
次级准直器
探测器
分步说明
⑴X光管:
工作时灯丝通电加热,阴极受热发射电子, 因在阴极和阳极内加有高压,产生的电子就 被加速向阳极奔去,最后以高速撞击阳极, 阳极就发射初级X射线,在撞击过程中极大部 分电子动能转化成热能,只有约不到1%的动 能转化成X射线,因此阳极靶的温度非常高, 必须用水冷却。
衍射道的结构
❖
X射线
பைடு நூலகம்
X光管
初级准直器
❖
衍射光
衍射光
二次准直器
平行光 晶体
样品 准直器
探测器
❖ 总之,X射线荧光分析(XRF)是用来测定样品中的元素组 成,即完成元素分析;而X射线衍射分析(XRD) 是用来测定样 品中的化合物,即完成物相分析。
❖ 所有XRF和XRD光谱仪测量的都是强度.仪器只有经过标准 物质校准后才能求得浓度,需要强调的是XRF光亮计是一种非常 准确的比较器,但最终的分析准确度,完全取决于用于校准物质 的质量.
1、X射线荧光光谱仪的基本原理
❖ :被测试样进入光谱仪后,受到来自X光管发出的X射线光束
激发,产生X荧光,X射线荧光是指用X射线管或其它合适的辐 射源照射物质时,使组成物质的原子产生具有特征性的一种次 级X射线,X光管发射的光谱是有靶材元素(Rh铑)的特征谱 和连续谱(或称白色辐射)所组成,来自样品的辐射是由X光 管光谱和样品中各元素的特征谱所组成的混合光,这种混合光 被引入测角仪所组成的色散系统分光,分光后所得的谱线和被 测样品中存在的元素有关。
❖ 单道扫描型仪器在测定时是一个元素测完后再测一个元素的, 因此测定周期较长,但是它的测定范围很广,只要配置足够的
晶体和探测器,几乎可测定所有元素。
a、准直器
❖ :准直器分为入射和出射两种,入射准直器交换器上可放4个,
可程控选择,我公司的荧光仪有3个:细准直器(0.15°),中 粗准直器0.25°,粗准直器0.6°。轻元素由于荧光产额低选粗准 直器,重元素谱线复杂选细准直器,出射准器仅一个装在探测器 上。
光管发射的某一特定波长,这个特定波长的光是被待测样品中存 在的晶体晶面所衍射,它是用来测定样品中的化合物而完成样品 分析. ❖ XRD原理:来自X射线管的原级X射线,经一初级准直器将X光形 成几乎是平行光柱射入试样并被衍射,从试样射出的衍射光进一 步被一个二次准直器准直,射向一个适当的晶体,经衍射后进入 出射准直器,再进入探测器就检测出不同结构的物相。
❖ 准直器又称索拉狭缝(Soller Slit)是由平行的薄金属片组成,它的 作用是使从样品来的次级射线经入射准直器后成为平行光束射 入平行晶体,然后经分光后再通过出射准直器准直后射入探测器 检测.
b、晶体
❖ :晶体交换器上可放9块晶体,可程控选择,我公司的荧光
仪有4块,分别是AXO6 、PET 、Lif200、 Lif220。晶体 是指内部结构中的分子、原子和离子,都有规律地在 三维空间成周期性排列,而组成一定形式的晶格所组 成的一种物质,在外形上,晶体表现为一定形状的几 何多面体,组成这种几何多面体的平面称晶面。晶体 都具有一定的对称性,而且是一种均一的各向异性体。 ❖。
❖ 强度浓度关系通常是线性关系,但在某些情况下二次曲线也 可使用,实际上,元素的强度不仅是其浓度的函数,还受到来自诸 如谱线重叠,吸收增强效应(基本干扰),颗粒度影响和矿物效应等 干扰.
谢 谢!
总之,X射线光子进入探测器后经过初级电离和气体放大,一个 光子能产生许多电子电离对,其中电子向阳极运动、离子向阴极运 动形成电流,最终在电脉冲发生电路上形成电脉冲,探测器输出电 脉冲幅值与入射光子能量成正比,而电脉冲的强度与入射光子的数 目成正比。
闪烁计数器
❖ :它有两部分组成:即闪烁材料和光电倍增管。当X射线射入
只产生一次雪崩效应,这个经放大后的电荷数仍正比于初级电子 数,也即正比于入射光子数,如果将产生的电子电荷计数就测得了 入射光子的数目(强度)。
在惰性气体中加入淬灭气体(甲烷气)的目的是确保只发生一次 雪崩,在工作时甲烷分子和惰性气体一起电离,然后分布在整个探 测器空间,当雪崩无法控制时,它起到复合作用,影响电子和离子 的重新结合,抑制雪崩的发展。
❖ 探测器的稳定性:除了探测器高压和气体流量的不稳定所引起 的测量信号波动外,探测器本身的稳定性取决于阳极丝的清洁。 由于充气的纯度不够或长期使用形成的小颗粒沉积在阳极丝的 表面,使阳极丝的有效直径改变,导致局部电场破坏,改变气 体放大增益,使测定数据波动。
三、X射线衍射的分析
❖ 三、X射线衍射的分析(XRD)系统测量的是经衍射后的来自X
二、X-荧光光谱仪的工作原理及构造
❖ X-荧光光谱仪有两种类型:一种是波长色散型(WDX), 一种是能量色散型(EDX),我公司使用的是波长色散型,在 WDX中,荧光光谱通过色散元件(如晶体)被分离成不连续的 波段,然后用气体正比计数器或闪烁计数器检测,其主要组成 是X光管、初级准直器、晶体、次级准直器和探测器,及辅助 装置如初级滤光片等。
扫描式X射线荧光仪安装的是具有很大测定灵活性的测角仪,只要配备 了必要的分析晶体就能按序分析周期表上多达83个元素。
此外,测角仪还可以使用半定量分析元件如QuantAS,这些软件能快速 分析未知样品,而不需要使用标准参考物质做仪器校准。而我公司 ARL9800XP荧光光谱仪装有一个测角仪(扫描道)和一个衍射道,如果需 要还可以再装14个固定道,它配有12位样品交换器,可以设定自动进样。
1、简述X荧光光谱仪的原理和结构? 2、P10气的作用是什麽?
X-荧光光谱仪原理和结构
❖ 一、简介
X射线荧光(XRF)能用于测定周期表中多达83个元素所组成的各种形 式和性质的导体或非导体固体材料,其中典型的样品有玻璃、塑料、金属、 矿石、耐火材料、水泥和地质物料等。凡是能和X射线发生激烈作用的样品 都不能分析,而要分析的样品必须经受在真空(4~5Pa)环境下测定,与其 他分析技术相比,XRF具有分析速度快,稳定性和精密度好以及动态范围宽 等优点。
闪烁材料时会发出可见光,当闪烁晶体发出的可见光射入光电 倍增管的光阴极上时,光阴极就发射光电子。光电倍增管是由 一些称作打拿极的阳极和光阴极组成,打拿极以连续增热方式 排列,以相继一级级地加速由光阴极发出的光电子,根据打拿 极的数量和光电倍增管使用的高压,在内部最后可放大到 105~106数量级。
❖ 闪烁计数器也是正比计数器,它产生的脉冲幅值和入射光子能 量成正比,脉冲强度和光子数成正比。它用于波长较短的X射 线检测。
❖ 晶体的稳定性:由于温度变化时,晶面会膨胀或收缩使2d值改变, 根据Bragg公式在θ角不变时测到的波长发生变化,数据就发生波 动,PET晶体是对温度最敏感的晶体,为了保证数据的稳定提高测 量精度,必须在恒温下进行。
⑶探测器
❖ X荧光仪共有2个探测器,即流气正比计数器和闪 烁计数器,装在探测器架上,可程控切换.
❖ 在分析样品的情况下,当来自X光管的初级X射线和试样作 用后产生以下三种现象:(1)X射线中的光电子被试样中的原 子吸收后,产生X荧光和俄歇效应。(2)X射线被试样中的原 子碰撞后产生相干散射和非相干散射。(3)X射线未被试样原 子吸收也未被试样中的原子碰撞,而是穿透试样继续传播,而 X射线荧光光谱仪测量的就是X荧光。
晶体衍射和稳定性
❖ 具有符合某些条件时晶面才反射X射线,这种选择性反射称为 衍射。
❖ 布拉格定律指出:如果在晶面间距为d的晶格面上反射波长为λ 的X射线,那么这个波与相邻平面反射的波在路程上相差 “2dsinθ‘的距离,当这段距离的长度是波长的整数倍时,反射 的X射线被加强,否则它们互相抵消。
❖ 布拉格(Bragg)公式 nλ=2dsinθ根据这一公式就可以通过改变 衍射角将多波长X射线中某一特定的波长从其他波长中衍射出 来,达到分光的目的。
⑵色散系统
❖ 初级X射线照射样品后,样品会发出由各组成元素生成的混杂 在一起的多色次级X射线,色散系统的任务就是要将某一待测 元素从上述混杂线中分离出来,送入探测器检测。
❖ 单道扫描型波长色散X荧光光谱仪是采用平行光结构,它的分 光元件(准直器和平面晶体),以及探测器都安装在测角仪装 置上,试样位置不变,测定时,晶体和探测器分别对来自试样 的次级射线作θ和2θ的相对运动,这时所需检测的谱线就被分离 出来,并被检出。
流气正比计数器
: ❖ 在工作时有一定量气体流过,气体流量和压力受控保持恒定的,它的入
射窗口是一层很薄的涂有铝的聚丙烯膜,厚度在1微米左右,他大多数用在 测角仪上。我公司9800XP荧光仪使用的窗膜是薄型PEA6,它的厚度是0.6微 米。他是在一个金属圆柱型腔体内沿其中心轴挂有一根金属丝,其直径约 为25—75微米,接高压起阳极作用,金属筒外壳接地做阴极,筒体内充的 是惰性气体,如氩气,并混有淬灭气体甲烷,我公司在测角仪中流气正比 计数器使用的是P10气,它的组成是90%Ar+10%CH4。X射线光子通过窗膜 射入计数器内作用于惰性气体,就使这些气体原子接受能量后发生电离, 产生电子离子对Ar→Ar++e-,对某一确定的气体而言,如果所有入射的光子都 产生电子离子对,则电子离子对的数目与光子的能量成正比,这时的离子 对只是初级电离,还达不到被有效检测的程度,还需要气体放大或雪崩。 当探测器加以高压在电场的作用下,电子走向阳极丝,而离子走向筒体负 极,当加速电子与其他气体原子碰撞产生二次电离,使带电粒子数有了相 当大的增加,当电子到达离阳极丝只有几个直径的距离时(约100—200微 米),倍增级数加大即Ar原子进一步离子化。在正比计数区,每个初级电子
2、其结构
X光管
X射线 样品
X荧光 初级准直器 平
行光 晶体
次级准直器
探测器
分步说明
⑴X光管:
工作时灯丝通电加热,阴极受热发射电子, 因在阴极和阳极内加有高压,产生的电子就 被加速向阳极奔去,最后以高速撞击阳极, 阳极就发射初级X射线,在撞击过程中极大部 分电子动能转化成热能,只有约不到1%的动 能转化成X射线,因此阳极靶的温度非常高, 必须用水冷却。
衍射道的结构
❖
X射线
பைடு நூலகம்
X光管
初级准直器
❖
衍射光
衍射光
二次准直器
平行光 晶体
样品 准直器
探测器
❖ 总之,X射线荧光分析(XRF)是用来测定样品中的元素组 成,即完成元素分析;而X射线衍射分析(XRD) 是用来测定样 品中的化合物,即完成物相分析。
❖ 所有XRF和XRD光谱仪测量的都是强度.仪器只有经过标准 物质校准后才能求得浓度,需要强调的是XRF光亮计是一种非常 准确的比较器,但最终的分析准确度,完全取决于用于校准物质 的质量.
1、X射线荧光光谱仪的基本原理
❖ :被测试样进入光谱仪后,受到来自X光管发出的X射线光束
激发,产生X荧光,X射线荧光是指用X射线管或其它合适的辐 射源照射物质时,使组成物质的原子产生具有特征性的一种次 级X射线,X光管发射的光谱是有靶材元素(Rh铑)的特征谱 和连续谱(或称白色辐射)所组成,来自样品的辐射是由X光 管光谱和样品中各元素的特征谱所组成的混合光,这种混合光 被引入测角仪所组成的色散系统分光,分光后所得的谱线和被 测样品中存在的元素有关。
❖ 单道扫描型仪器在测定时是一个元素测完后再测一个元素的, 因此测定周期较长,但是它的测定范围很广,只要配置足够的
晶体和探测器,几乎可测定所有元素。
a、准直器
❖ :准直器分为入射和出射两种,入射准直器交换器上可放4个,
可程控选择,我公司的荧光仪有3个:细准直器(0.15°),中 粗准直器0.25°,粗准直器0.6°。轻元素由于荧光产额低选粗准 直器,重元素谱线复杂选细准直器,出射准器仅一个装在探测器 上。
光管发射的某一特定波长,这个特定波长的光是被待测样品中存 在的晶体晶面所衍射,它是用来测定样品中的化合物而完成样品 分析. ❖ XRD原理:来自X射线管的原级X射线,经一初级准直器将X光形 成几乎是平行光柱射入试样并被衍射,从试样射出的衍射光进一 步被一个二次准直器准直,射向一个适当的晶体,经衍射后进入 出射准直器,再进入探测器就检测出不同结构的物相。
❖ 准直器又称索拉狭缝(Soller Slit)是由平行的薄金属片组成,它的 作用是使从样品来的次级射线经入射准直器后成为平行光束射 入平行晶体,然后经分光后再通过出射准直器准直后射入探测器 检测.
b、晶体
❖ :晶体交换器上可放9块晶体,可程控选择,我公司的荧光
仪有4块,分别是AXO6 、PET 、Lif200、 Lif220。晶体 是指内部结构中的分子、原子和离子,都有规律地在 三维空间成周期性排列,而组成一定形式的晶格所组 成的一种物质,在外形上,晶体表现为一定形状的几 何多面体,组成这种几何多面体的平面称晶面。晶体 都具有一定的对称性,而且是一种均一的各向异性体。 ❖。
❖ 强度浓度关系通常是线性关系,但在某些情况下二次曲线也 可使用,实际上,元素的强度不仅是其浓度的函数,还受到来自诸 如谱线重叠,吸收增强效应(基本干扰),颗粒度影响和矿物效应等 干扰.
谢 谢!
总之,X射线光子进入探测器后经过初级电离和气体放大,一个 光子能产生许多电子电离对,其中电子向阳极运动、离子向阴极运 动形成电流,最终在电脉冲发生电路上形成电脉冲,探测器输出电 脉冲幅值与入射光子能量成正比,而电脉冲的强度与入射光子的数 目成正比。
闪烁计数器
❖ :它有两部分组成:即闪烁材料和光电倍增管。当X射线射入
只产生一次雪崩效应,这个经放大后的电荷数仍正比于初级电子 数,也即正比于入射光子数,如果将产生的电子电荷计数就测得了 入射光子的数目(强度)。
在惰性气体中加入淬灭气体(甲烷气)的目的是确保只发生一次 雪崩,在工作时甲烷分子和惰性气体一起电离,然后分布在整个探 测器空间,当雪崩无法控制时,它起到复合作用,影响电子和离子 的重新结合,抑制雪崩的发展。
❖ 探测器的稳定性:除了探测器高压和气体流量的不稳定所引起 的测量信号波动外,探测器本身的稳定性取决于阳极丝的清洁。 由于充气的纯度不够或长期使用形成的小颗粒沉积在阳极丝的 表面,使阳极丝的有效直径改变,导致局部电场破坏,改变气 体放大增益,使测定数据波动。
三、X射线衍射的分析
❖ 三、X射线衍射的分析(XRD)系统测量的是经衍射后的来自X
二、X-荧光光谱仪的工作原理及构造
❖ X-荧光光谱仪有两种类型:一种是波长色散型(WDX), 一种是能量色散型(EDX),我公司使用的是波长色散型,在 WDX中,荧光光谱通过色散元件(如晶体)被分离成不连续的 波段,然后用气体正比计数器或闪烁计数器检测,其主要组成 是X光管、初级准直器、晶体、次级准直器和探测器,及辅助 装置如初级滤光片等。
扫描式X射线荧光仪安装的是具有很大测定灵活性的测角仪,只要配备 了必要的分析晶体就能按序分析周期表上多达83个元素。
此外,测角仪还可以使用半定量分析元件如QuantAS,这些软件能快速 分析未知样品,而不需要使用标准参考物质做仪器校准。而我公司 ARL9800XP荧光光谱仪装有一个测角仪(扫描道)和一个衍射道,如果需 要还可以再装14个固定道,它配有12位样品交换器,可以设定自动进样。