X射线荧光分析
X射线荧光光谱仪的两种分析方法
X射线荧光光谱仪的两种分析方法X射线荧光光谱仪（X-ray fluorescence spectrometer，XRF）是一种常见的化学分析仪器，可以在不破坏样品的情况下进行非破坏性的化学分析。
在XRF分析中，通过照射样品并测量样品辐射出的荧光X射线，可以确定样品中各种元素的含量。
本文介绍XRF的两种常见分析方法：定量分析和定性分析。
定量分析定量分析是通过测量样品辐射出的荧光X射线的强度，并根据已知标准样品的荧光强度与元素含量的关系，来计算样品中某种元素的含量。
在定量分析中，需要用到标准样品，这些样品已知各种元素的含量，例如NIST（美国国家标准技术研究所）的SRM（标准参考材料）。
定量分析的具体步骤如下：1.样品制备样品需要制备成薄片或颗粒状，通常需要使用磨片机或压片机进行制备。
为了获得准确的分析结果，样品制备时需要注意不要引入其他元素。
2.样品照射将样品放置在X射线荧光光谱仪中，使其受到射线照射，激发出元素的荧光X 射线。
3.测量荧光X射线利用荧光X射线探测器测量样品辐射出的荧光X射线的强度。
4.标准样品校准用标准样品进行校准，建立荧光强度与元素含量之间的关系。
对于每种元素，建立一个标准曲线。
5.计算元素含量利用标准曲线和样品荧光强度计算样品中某种元素的含量。
定性分析定性分析是通过比较样品荧光X射线的能量和强度与已知标准样品的对比，来确定样品中各种元素的类型和含量。
与定量分析不同，定性分析不需要对荧光强度进行精确的量化测量。
定性分析的具体步骤如下：1.样品制备和照射与定量分析相同。
2.测量荧光X射线与定量分析相同。
3.谱图比较将样品荧光X射线的能量和强度与标准样品进行比较，确定样品中含有哪些元素。
4.确定元素类型和含量通过谱图比较确定元素类型，通过谱峰强度的相对大小和谱图形状确定元素含量。
总结定量分析和定性分析是X射线荧光光谱仪中常用的分析方法，在各自的分析领域中都有广泛的应用。
定量分析需要进行精确的荧光强度测量和标准曲线建立，适用于需要准确测量各种元素含量的分析场合，例如矿石、环境样品等。
X射线荧光分析法
单色器：晶体
探测器：正比计数器/闪烁计数器
测角仪
晶体分光型X射线荧光光谱仪扫描图
谱图特点：以波长或2θ角为横轴
2. 能量色散型X射线荧光光谱仪 采用半导体检测器和多道脉冲分析器(1000多道)；
直接测量试样产生的X射线能量；
优点：无分光晶体和测 角仪，简单，易于小型 化；仪器紧凑，灵敏度 高出2～3个数量级；无 高次衍射干扰； 不足：连续光谱构成的 背景较大；对轻元素分 辨有限
（1）每种元素具有一系列波长、强度比确定的谱线；
Mo(Z42)的K系谱线K1、K2 、K1 、K2 、K3
强度比 100、 50、 14、 5、 7
（2）不同元素的同名谱线，其波长随原子序数增加而减小
Fe(Z=26) K1： 1.936 Cu(Z=29) 1.540 Ag(Z=49) 0.559 埃（A）
能量色散型X射线荧光光谱图
EDX dataLeabharlann of CdS nanotubes.
三、应用
1.定性分析：依据是Moseley定律
在波长色散XRF中，是通过Bragg定律，将特征X射线的波长与谱峰的2 角联系起来，也就是说，当所用晶体的2d值确定后，波长与2角一一 对应。已经制成表格：谱线—2表； 例：以 LiF(200) 作为分光晶体，在 2=44. 59 处有一强峰，谱线—2 表显示为：Ir(K)，故试样中可能含Ir（要有佐证）；
特点： (1) 特征性强，内层电子跃迁，谱线简单 (2) 精密度高：<0.08%，优于化学分析法 (3) 无损分析方法，各种形状试样，薄层分析
(4) 线性范围广，微量 — 常量：金属 / 合金，飞机汽油
Pb/Br定量；润滑油Ca/Ba/Zn；油漆，大气污染物 缺点：灵敏度低(>0.0X%)；不能分析序数小于5的元 素；对标准要求严格
X射线荧光光谱分析法
X射线荧光光谱分析法X射线荧光光谱分析法（X-ray fluorescence spectroscopy，简称XRF）是一种非破坏性的分析方法，可以用于确定样品中的元素成分和浓度。
这种方法是通过样品中原子受到入射的X射线激发，产生特定能量的荧光X射线，然后测量荧光X射线的强度和能谱来确定元素的类型和浓度。
X射线荧光光谱分析法通常包括两个主要步骤：样品的激发和荧光X射线的检测。
在激发过程中，样品被置于X射线源的束斑中，经过激发后，样品中的原子会发射出特定能量的荧光X射线。
荧光X射线经过一系列的激发、透射和转换后，最终被探测器测量和记录下来。
测量得到的荧光X射线强度和能谱可以通过专门的软件进行分析和解析，从而确定样品中元素的类型和浓度。
XRF分析技术具有许多优点，使其成为一种常用的分析方法。
首先，它是一种非破坏性的分析方法，样品在测试过程中完整保留，不需要额外的处理，可以用作进一步的测试或保存。
其次，XRF方法具有广泛的元素适用范围，可以准确测定周期表中从钍（原子序数90）到氢（原子序数1）的所有元素。
同时，该方法还适用于各种不同的样品类型，包括固体、液体和粉末等。
另外，XRF分析速度快，具有高灵敏度和准确性，可以同时进行多元素分析。
然而，X射线荧光光谱分析法也存在一些局限性。
首先，由于荧光X射线的能量范围有限，该方法无法测定低原子序数的元素，比如锂（原子序数3）以下的元素。
其次，对于高原子序数的元素，如铀和钍，荧光X射线的强度相对较弱，需要较长的测量时间来获取准确的结果。
另外，XRF方法对于样品的准备要求较高，包括取样、研磨和制备等步骤，对样品的形状和尺寸也有一定的要求。
总的来说，X射线荧光光谱分析法是一种广泛应用于材料科学、地质学、环境科学、金属冶金等领域的有效分析方法。
在实际应用中，为了获得准确的结果，需要根据具体的测试要求对仪器进行校准，并对样品进行合理的处理和制备。
此外，随着技术的不断进步，XRF方法也在不断改进，如开发更高分辨率的能谱仪和软件等，以提高分析的灵敏度和准确性。
X射线荧光分析技术
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2）特征X射线谱的结构
3d5/2 3d3/2 2P3/2 2P1/2 2S1/2
M 跃迁选择定则: △n≠0 L △ l =± 1 △j = 0,±1 K
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109Cd（镉）源也是以K俘获方式进行衰变，产物
为109mAg，在K层形成空位。109mAg再以同质异能跃
迁方式衰变为稳定核素109Ag。
109mAg跃迁到109Ag时，也可能以内转换方式在K
层轨道上形成空位，产生荧光产额很高的AgK系特
征X射线，其能量为22.16keV(AgKα)和 24.95keV(AgKβ)。
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28
57Co也是常用的一种γ射线源。利用其121.9keV和
136.3keV的射线，可有效地激发Au、W、Hg、Pb、Bi、 Th和U等重元素的K系谱线。 主要缺点：半衰期太短(270天)。
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2）X射线源 在原位X辐射取样中，应用最多的X射线源有
238Pu、55Fe、109Cd和铍窗241Am。 238Pu源是α辐射体，半衰期为87.7年。伴随α
X n 2 2 n1 n2
式中，R为里德伯常数；h为普朗克常数；c为光速。
an—正数，与内壳层电子数目有关 n1,n2---壳层电子跃迁前后所处壳层的主量子数
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三、俄歇效应与荧光产额
1、俄歇效应
X射线荧光产生过程中，若产生特征X射线的能 量大于原子某外层电子的结合能时，则有可能将能 量传递给原子本身的外层电子，使之成为自由电 子，而不再发射特征X射线。这一物理过程称为俄歇
2
X射线荧光光谱(XRF)分析
消除基体效应
基体效应会影响XRF的测 量结果，因此需要采取措 施消除基体效应，如稀释 样品或添加标准物质。
固体样品的制备
研磨
将固体样品研磨成细粉，以便进行XRF分析。
分选
将研磨后的样品进行分选，去除其中的杂质和粗 颗粒。
压片
将分选后的样品压制成型，以便进行XRF测量。
液体样品的制备
1 2
稀释
将液体样品进行稀释，以便进行XRF分析。
定性分析的方法
标样法
01
通过与已知标准样品的荧光光谱进行比较，确定样品中元素的
种类。
参考法
02
利用已知元素的标准光谱，通过匹配样品中释放的X射线荧光光
谱来识别元素。
特征谱线法
03
通过测量样品中特定元素的特征谱线，与标准谱线进行对比，
确定元素的存在。
定性分析的步骤
X射线照射
使用X射线源照射样品，激发 原子中的电子跃迁并释放出X 射线荧光光谱。
XRF和ICP-AES都是常用的元素分析方法，ICP-AES具有更高的灵敏度和更低 的检测限，适用于痕量元素分析，而XRF具有更广泛的应用范围和更简便的操 作。
XRF与EDS的比较
XRF和EDS都是用于表面元素分析的方法，EDS具有更高的空间分辨率，适用于 微区分析，而XRF具有更广泛的元素覆盖范围和更简便的操作。
XRF分析的局限性
01
元素检测限较高
对于某些低浓度元素，XRF的检 测限相对较高，可能无法满足某 些应用领域的精度要求。
02
定量分析准确性有 限
由于XRF分析基于相对强度测量， 因此对于不同样品基质中相同元 素的定量分析可能存在偏差。
03
对非金属元素分析 能力有限
x射线荧光分析原理
x射线荧光分析原理
X射线荧光分析原理是一种无损分析技术，通过样品中的元素发射的特征X射线进行分析。
该技术基于原子的特性，当样
品受到X射线照射后，其内部原子会受到激发，然后返回稳
定状态时会发出特定的能量X射线。
X射线荧光分析仪器主要由X射线源、样品台和能谱仪组成。
首先，X射线管产生高能的X射线，这些X射线经过准直器
照射到样品上。
样品吸收了一部分X射线，并将其中的一部
分能量转化为内部原子的电磁能量。
被激发的原子将返回基态时，会发出特定能量的荧光X射线。
这些荧光X射线由能谱仪探测到，并进行能量分析。
能谱仪
可以根据不同能量的X射线，将其转化为电信号，并生成能
谱图。
根据荧光X射线的特征能量，可以确定样品中存在的元素以
及其相对含量。
每个元素都有自己独特的能量谱线，因此可以通过比较荧光X射线的能谱图与标准库中的谱线进行定性和
定量分析。
X射线荧光分析具有灵敏度高、分析速度快、多元素同时分析的特点。
它被广泛应用于材料分析、环境监测、地质矿产勘探等领域。
由于其非破坏性和准确性，X射线荧光分析成为一种重要的分析技术。
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。
x射线荧光分析的原理及应用
X射线荧光分析的原理及应用1.引言X射线荧光分析是一种十分重要的分析技术，它通过测量样品中产生的特征X射线的能量和强度，来确定样品中元素的类型和含量。
本文将介绍X射线荧光分析的基本原理和其在科学研究和工业应用中的重要性。
2.原理X射线荧光分析的基本原理由以下几个方面组成：2.1 X射线激发X射线荧光分析是通过激发样品产生的特征X射线来进行元素分析的。
当样品受到高能X射线束的照射时，其中的原子会吸收X射线的能量并获得激发态。
当原子回到基态时，会放出特征X射线。
2.2 X射线的能量和强度不同元素的特征X射线具有不同的能量，这个能量与元素的原子结构有关。
X射线荧光分析仪器可以测量特征X射线的能量和强度，通过对这些数据的分析，就可以确定样品中元素的种类和含量。
2.3 能量谱分析X射线荧光分析仪器通常会将样品中产生的特征X射线转化为能量谱图。
能量谱图展示了不同能量X射线的强度分布情况，通过比对已知标准样品的能量谱图，可以确定未知样品中的元素。
2.4 标准曲线法为了定量分析样品中各个元素的含量，常使用标准曲线法。
这种方法需要事先制备一系列含有已知浓度的标准样品，并测量它们的X射线能量和强度。
通过绘制标准曲线，再测量未知样品的能量和强度，就能得到该样品中元素浓度的定量结果。
3.应用X射线荧光分析在许多领域有着广泛的应用。
3.1 原材料分析X射线荧光分析可以用于原材料的成分分析和质量控制。
例如，在矿石矿物分析中，通过测量矿石中特定元素的含量，可以确定矿石的品质和适用性。
3.2 地质学研究地质学研究中，X射线荧光分析被广泛应用于岩石和土壤样品中元素的定量分析。
这些数据不仅可以帮助研究者了解地质构造和地质演化，还在勘探矿产资源和环境地球化学研究中具有重要作用。
3.3 金属材料分析X射线荧光分析可以用于金属材料的检测和分析。
例如，在不锈钢和合金材料中，可以通过测量特定元素（如铬、镍、钼等）的含量，来评估材料的质量和性能。
X射线荧光光谱分析技术
X射线荧光光谱分析技术X射线荧光光谱分析技术（X-ray Fluorescence Spectroscopy，简称XRF），是一种广泛应用于材料分析及质量控制的非破坏性分析技术。
该技术通过照射样品表面的X射线，激发样品中的原子产生特征性的荧光辐射，进而分析样品中元素的成分和含量。
X射线荧光光谱分析技术已被广泛应用于地质学、环境科学、材料科学等领域。
X射线荧光光谱分析技术的原理是基于光谱学的基本原理，即每个元素都有特征性的能级结构。
当样品被高能X射线照射时，样品中的原子会吸收能量，部分原子中的电子被激发到较高能级，然后回到基态时会产生辐射。
这种辐射即为X射线荧光辐射，其能量与原子的能级结构相关，因此可以用来确定样品中各个元素的存在及其含量。
X射线荧光光谱分析技术可以通过改变荧光辐射的特性来确定样品中元素的含量。
荧光辐射的能量与原子的能级结构有关，每个元素都有特定的能级和光谱特征。
通过测量荧光辐射的能谱并与标准样品进行比较，可以确定样品中各个元素的含量。
X射线荧光光谱分析技术可以同时测定多种元素，其分析速度快，准确性高，可靠性强。
1.非破坏性：X射线荧光光谱分析技术不需要对样品进行任何物理或化学处理，对样品几乎没有任何破坏作用，可以做到无损分析。
2.多元分析：X射线荧光光谱分析技术可以同时分析多种元素，可以分析样品中的主要元素和微量元素，能够提供全面的元素信息。
3.快速分析：X射线荧光光谱分析技术具有高分析速度，通过扫描样品表面可以在几秒钟到几分钟之间完成一次分析。
4.范围广：X射线荧光光谱分析技术适用于多种材料，包括固体、液体和气体等，可以应用于各种样品的分析。
5.准确性高：X射线荧光光谱分析技术的结果准确可靠，可以满足许多工业和科学研究对元素分析的要求。
X射线荧光光谱分析技术在各个领域有着广泛的应用。
在地质学中，可以用于矿石和岩石中有害元素的分析，用以评估其对环境的影响；在环境科学中，可以用于水、土壤和空气中有毒金属的监测与分析；在材料科学中，可以用于分析金属、陶瓷、塑料等材料中的元素含量，以保证产品质量。
X射线荧光光谱分析剖析
X射线荧光光谱分析剖析X射线荧光光谱分析（X-ray fluorescence spectroscopy，XRF）是一种常用的元素分析技术，主要用于研究样品中的化学成分。
通过测量样品中X射线产生的荧光辐射能量和强度，可以确定样品中的元素种类和含量。
X射线荧光光谱分析的原理基于元素吸收和放射的特性。
当X射线通过样品时，会与样品中的原子相互作用，使原子内部的核层电子被激发到高能级。
在电子返回基态时，会放出X射线。
这些放出的X射线称为荧光辐射。
不同元素的荧光辐射能量和强度是唯一的，因此可以根据这些特征来确定元素的种类和含量。
X射线荧光光谱仪是X射线荧光光谱分析的关键设备。
该仪器由X射线源、样品支持台、X射线荧光探测器和数据处理设备等组成。
X射线源通常是一个X射线管，产生高能X射线。
样品支持台用于固定和定位样品，确保X射线能够准确地照射样品。
X射线荧光探测器用于测量荧光辐射的能量和强度。
常用的探测器有气体比例计和固体探测器。
数据处理设备用于接收和分析探测器输出数据，得到样品中元素的种类和含量。
X射线荧光光谱分析具有多种优点。
首先，它是一种非破坏性的分析方法，不需要样品进行预处理或破坏性的取样。
这使得样品可以得到保持完整性的分析，适用于对不可逆样品的分析。
其次，X射线荧光光谱分析可同时测定多个元素。
一次测量过程中，可以得到样品中多个元素的含量信息，提高了分析的效率。
此外，X射线荧光光谱分析具有较高的灵敏度和精确度，能够达到百万分之几甚至更高的检测限。
然而，X射线荧光光谱分析也存在一些限制。
首先，它只能检测样品表面的元素。
因为X射线的穿透能力有限，只能测量样品表面几微米范围内的元素含量。
其次，不同元素的荧光辐射能量和强度有一定的重叠，可能导致分析结果的干扰和误判。
为了解决这个问题，需要进行适当的仪器校准和数据处理。
最后，X射线荧光光谱分析的仪器设备较为昂贵，并且需要专业技术人员来操作和维护。
X射线荧光光谱分析在许多领域中得到广泛应用。
X射线荧光分析
第二部分. X荧光成分分析
1 方法特点 2 分析原理 3 仪器构成 4 WDS-XRF 5 EDS-XRF 6 定量分析
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第二部分. X荧光成分分析
1 方法特点（1） XRF是一种最有效的无损成分分析手段之一。
优点： (1)速度快，一般测定一种元素(定量)需10－100 秒； (2)可检测固态、粉末、液态样品，以及晶质、非
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第二部分. X荧光成分分析
1 方法特点 (3)
缺点： (1)难以作绝对分析，因此定量分析时需参照标准物质进 行； (2)原子序数低的元素，其检出限及测定误差都相对较大。
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第二部分. X荧光成分分析
1 方法特点（4） 仪器外观：依据光源系统的不同、探测方式的不
同，仪器的大小、形状有一定差异。
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第二部分. X荧光成分分析
测定方式 定时计数法：测定在一定时间间隔内的总计 数； 定数计时法：测定达到一定计数值所需要的 时间
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第二部分. X荧光成分分析
6 定量分析（4）
标准样品的选择
所谓标准物质是指已确切知道其中某种元素的含 量(化学分析数值)。
标准样品与未知样品必须由相同的处理方法制成， 如处理粉末样品时的碎样方法、压片方式、压片时使用 的压力大小等等，必须为相同的条件；对于块状样品， 则要求样品必须有一平整面，且平整面的面积、表面光 洁度等必须相同。
晶 质等样品的化学成分； (3)非破坏性测试，不损伤样品(但对于某些高分子
物质，如有机物，则会引起颜色变化)； (4)是一种物理分析方法，分析元素范围F9－U92，
分析的浓度范围1ppm－100%；
4
第二部分. X荧光成分分析
1 方法特点（2）
X射线荧光光谱分析
X射线荧光光谱法进行定量分析的依据是元素的荧光X射线强度I1与试样中该元素的含量Wi成正比：
（10.2）
式中，为 =100%时，该元素的荧光X射线的强度。根据式(10.2)，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。所谓基体效应是指样品的基本化学组成和物理化学状态的变化对X 射线荧光强度所造成的影响。化学组成的变化，会影响样品对一次X射线和X射线荧光的吸收，也会改变荧光增强 效应。例如，在测定不锈钢中和等元素时，由于一次X射线的激发会产生荧光X射线，在样品中可能被吸收，使激 发产生，测定 i时，因为Fe的吸收效应使结果偏低，测定时，由于荧光增强效应使结果偏高。但是，配置相同的 基体又几乎是不可能的。为克服这个问题，目前射荧光光谱定量方法一般采用基本参数法。该办法是在考虑各元 素之间的吸收和增强效应的基础上，用标样或纯物质计算出元素荧光X射线理论强度，并测其荧光射线的强度。将 实测强度与理论强度比较，求出该元素的灵敏度系数，测未知样品时，先测定试样的荧光X射线强度，根据实测强 度和灵敏度系数设定初始浓度值，再由该浓度值计算理论强度。将测定强度与理论强度比较，使两者达到某一预 定精度，否则要再次修正，该法要测定和计算试样中所有的元素，并且要考虑这些元素间相互干扰效应，计算十 分复杂。因此，必须依靠计算机进行计算。该方法可以认为是无标样定量分析。当欲测样品含量大于1%时，其相 对标准偏差可小于1%。
X射线荧光光谱分析法
X射线荧光光谱分析法X射线荧光光谱分析法（X-ray fluorescence spectroscopy，简称XRF）是一种利用样品被X射线辐照后发出的荧光光谱进行化学元素定性和定量分析的方法。
它是一种非破坏性的分析技术，适用于固体、液体和气体样品。
X射线荧光光谱分析法基于X射线与物质相互作用的原理。
当样品受到X射线辐照后，其内部的原子会吸收部分X射线能量，随后再以荧光的形式发射出来。
这些发出的荧光光谱可以通过光谱仪进行检测和分析。
不同元素的荧光光谱特征不同，因此可以根据光谱特征来确定样品中的元素成分。
在X射线荧光光谱分析法中，首先需要制备样品，将其制备成均匀的固体、液体或气体形态。
为了提高分析的精确度，还可以选择加入一定的荧光剂，以增加荧光光谱的信号强度。
接下来，样品将被放置于X射线辐照源下，如X射线管，发射出的X 射线将通过样品，并激发样品中的原子产生荧光。
这些荧光将被荧光仪器所记录下来，并转换成一个荧光光谱。
荧光光谱中的特征峰可以通过对样品中各元素的荧光峰进行定性和定量分析。
对于定性分析，可以通过比对荧光峰的位置和强度与已知标准峰进行比较来确定样品中的元素成分。
对于定量分析，可以通过测量荧光峰的强度，并使用已知浓度的标准样品制备的校准曲线进行计算。
X射线荧光光谱分析法具有许多优点。
首先，它是一种非破坏性的分析方法，不需要对样品进行破坏性的处理，可以重复使用。
其次，它具有高分析速度和较高的灵敏度，可以在较短的时间内分析大量的样品，并且可以检测到低至ppm级别的元素含量。
此外，X射线荧光光谱分析法还具有广泛的适用性，可以用于各种类型的样品，包括金属、岩石、矿石、玻璃、陶瓷、塑料等。
尽管X射线荧光光谱分析法具有上述的优点，但也存在一些局限性。
首先，X射线荧光光谱分析法对于一些轻元素，如氢、碳、氮等，不敏感。
其次，由于X射线荧光光谱分析法使用的是非单一元素的基线和互作用效应，因而分析结果可能受到谱线重叠和基线的干扰。
X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基本原理X射线荧光分析（X-ray fluorescence analysis）是一种非破坏性的元素分析技术，通过测量物质在X射线或γ射线激发下发射的特定波长的荧光辐射来确定样品中的各种元素的含量和成分。
X射线荧光分析基于X射线的两个基本原理：X射线激发和荧光发射。
首先，当物质受到高能X射线或γ射线的激发时，其原子吸收X射线的能量，电子从内层壳跃迁到外层壳。
这个过程中，电子吸收的能量等于电子离开的能量差。
能量差与特定的化学元素有关，所以每个化学元素都会有其特定的能级结构。
其次，受激的原子在极短的时间内重新排列，电子从外层壳跃迁回内层壳。
这个过程中，发出的辐射能量等于电子在跃迁中吸收的能量差。
这种发射辐射称为荧光辐射。
激发源通常是一根X射线管，其产生X射线的能量和特定波长根据分析的需要进行设置。
X射线穿过样品时，样品中的原子吸收部分X射线的能量，电子跃迁并发射出特定波长的荧光辐射。
荧光射线检测器负责检测和计数荧光辐射的强度，并将其转换为电信号传输给数据处理系统。
数据处理系统主要负责处理荧光辐射的信号，并利用荧光峰进行能量划分和峰面积计算，得到各元素的含量。
然而，X射线荧光分析也存在一些限制。
首先，分析结果受样品的形态、存放条件、基质效应等因素的影响。
其次，由于荧光信号强度很低，所以需要对比较浓缩的样品进行稀释处理，以避免过度荧光衰减。
此外，X射线荧光分析的仪器设备较昂贵，需要专业的操作和维护。
总体而言，X射线荧光分析是一种重要的元素分析技术，被广泛应用于金属、土壤、矿石、陶瓷、建材、环境保护等领域，并在材料科学、地质学、生物学等研究领域中发挥着重要的作用。
X射线荧光分析原理及其应用
X射线荧光分析原理及其应用X射线荧光分析（X-ray fluorescence analysis）是一种利用X射线激发样品，测量样品所发出的特征X射线能谱来确定样品成分的方法。
它是一种无损的、快速的分析技术，可以同时分析多种元素的定性和定量分析。
X射线荧光分析技术已广泛应用于材料科学、环境科学、地质学、化学、生物学等领域。
X射线荧光分析的原理是基于样品受到X射线激发后，内部的原子会吸收部分能量并转换成特定能量的X射线，这些X射线称为荧光X射线。
根据样品元素的不同，产生的荧光X射线的能量也不同。
通过测量样品放射出的荧光X射线能谱，可以确定样品中各种元素的存在和含量。
X射线荧光分析的仪器主要包括X射线源、样品台、能谱仪以及数据处理系统。
X射线源通常选择X射线管，常用的X射线源有Molibdenum （Mo）和Copper（Cu）等。
样品放置在样品台上，当X射线照射到样品上时，样品中原子内的电子会被激发到高能级，并与其他原子碰撞后退回稳定能级，产生荧光辐射。
能谱仪用来测量样品发射的荧光X射线的能量和强度，并将其转换为能谱图。
数据处理系统则用来处理并分析得到的能谱数据，确定样品中各元素的含量。
X射线荧光分析的应用广泛。
在材料科学中，它常用于分析金属材料中的成分，如钢铁、合金等。
在环境污染领域，可以用X射线荧光分析技术来检测土壤、水体以及空气中的重金属污染物。
地质学中，X射线荧光分析可以用来分析岩石中的矿物和元素含量，推断岩石的成因和演化过程。
在化学和生物学研究中，可以通过X射线荧光分析来确定样品中各元素的含量，从而了解化学反应和生物过程中元素的变化。
总之，X射线荧光分析技术具有无损、快速、准确等特点，已成为一种重要的元素分析方法。
它在材料科学、环境科学、地质学、化学和生物学等领域有着广泛的应用，为科学研究和工业实践提供了强大的支持。
X射线荧光分析(共37张PPT)
经过脉冲高度分析器后的脉冲再经计数率
记录下来。记录方式有两种：定时计数，即计一
定时间的脉冲个数；定数计时，即统计达到一定
脉冲数所需时间。
2.4.X射线荧光分析的特点
2.4.1X射线荧光分析的主要特点
对入射光束而言，衍射角在它的2θ方向上，为从2θ角方向测量X射线，检测器也必须同时相应地转动。
（1）谱线简单、干扰少、分析简便 常用的有正比计数器、闪烁计数器和半导体探测器等几种。
说明俄歇电子和荧光X射线的发射各占一半；
必进行复杂的分离过程就能完成分析。
（2）不破坏样品，试样形式可多样化；
无论固体、粉末、糊状物或
液体等均可使用，这对某些有特殊
要求的分析，如考古分析等具有重
要意义。
（3）分析的元素范围和浓度范围广泛
除少数轻元素外，周期表中几乎所有
元素都能用X射线荧光进行分析。
素的种类。 俄歇电子产生的几率除与元素的原子序有关外，还随对应的能级差的缩小而增加。
这种方法要利用标样做工作曲线，工作十分费时和困难，特别在基体元素含量的变化范围大、基体效应又复杂的情况下，作出线性好的工作 曲线更不容易。
现在除了超轻元素外，极大部分元素的特 分析轻元素有困难，尤其分析超轻元素的精确分析更为困难。
种现象称为俄歇（Auger）效应，或称俄歇
电子。这种效应亦称次级光电效应、内转换
或无辐射跃迁。
如图2-1，当Mg原子的一
个K 电子被电离，L电子跃入填
空而发生Kα线时，如Kα线不出现 原子体系，而是随即被 L1 层上 的一个电子吸收并逐出此电子，
则所逐出的这一电子就是俄歇电
子。
现在引入一个荧光产额的概念：所谓荧光
也叫工作曲线法，人工制作一套标样，使标样的基本组成与试样一致或相近，作出分析线强度与含量关系的工作曲线，再根据测得的未知样
X射线荧光分析技术
X射线荧光分析技术X射线荧光分析技术（X-ray fluorescence analysis），简称XRF，是一种非破坏性的化学分析技术，广泛应用于材料科学、环境保护、地质学、考古学和贵金属检测等领域。
它利用样品受到X射线激发后发生特定能级电子的跃迁，从而发出特定能量的荧光射线。
通过检测和分析这些荧光射线的能谱，可以确定样品的化学成分及其相对含量。
X射线荧光分析技术的基本原理是基于元素的内层电子跃迁的能级结构。
当样品受到X射线束照射后，其内部原子会被激发，内层电子跃迁至空位，产生特定能量的荧光射线。
样品中不同元素的荧光光谱具有特征性，可以通过测量这些特征能量的荧光光谱来确定样品的组成。
XRF技术提供了一种快速、准确和非破坏性的分析方法，可以同时测定多种元素，且对样品处理要求较低。
X射线荧光分析技术的仪器主要由X射线源和能谱仪构成。
X射线源一般采用X射线管或放射性源产生X射线束，激发样品产生荧光射线。
能谱仪则用于检测和记录荧光光谱。
常用的能谱仪有锗半导体探测器、硅锗探测器和多道分析仪等。
这些仪器可以在短时间内进行准确的荧光光谱测量，并通过与已知标准样品进行比较，从而确定样品的成分和含量。
X射线荧光分析技术有很多优点。
首先，它具有非破坏性，可以对样品进行无损分析，不会对样品造成任何破坏。
其次，XRF技术具有多元素的测定能力，可以同时分析多种元素，无需对样品进行预处理。
再次，分析速度快，通常只需要几分钟到几十分钟即可完成一次分析，并且结果准确可靠。
此外，XRF技术还适用于各种类型的样品，包括固体、液体、粉末和薄膜等。
X射线荧光分析技术在不同领域有着广泛的应用。
在材料科学中，XRF技术可以用于确定材料的成分和含量，帮助进行质量控制和材料鉴定。
在环境保护方面，它可以用于分析土壤、水和空气中的重金属和其他有害物质，监测环境污染程度。
在地质学和矿物学领域，XRF技术可以用于鉴定和分析岩石和矿石的化学成分，帮助勘探和开采工作。
x射线荧光分析描述x射线波长与原子序数
x射线荧光分析描述x射线波长与原子序数X射线荧光（XRF）是一种吸收和发射X射线的原子过程。
它是由原子核发射出X射线，然后能量释放在晶体结构或晶体晶体表面，这种能量是从原子核中被吸收的。
X射线特性可以通过特定的X射线波长来测定，这可以确定物质中元素的原子序数。
X射线荧光分析法（XRF）是一种分析X射线特性的技术，它可以测量X射线波长以及探测物质中的元素组成，并根据X射线衰减的谱线定量分析。
X射线波长可以从X射线荧光谱中得到，但最重要的特征是它可以指示物质中元素的原子序数。
X射线谱中的X射线能量谱线可以提供有关物质中元素原子序数的具体信息。
因此，X射线荧光分析可以用来判断物质中元素的原子序数。
X射线谱中的X射线能量谱线是受原子的内部结构的影响，这些原子的内部结构包括原子的电子排布。
因此，每种元素都有特定的X 射线波长，从而可以从X射线能谱线中识别出特定的元素。
例如，锂的8.92 keVX射线能谱线可以用来识别其原子序数为3的锂元素。
因此，通过X射线荧光分析，可以测定出物质中元素的原子序数。
X射线荧光分析是根据X射线衰减的谱线定量分析，可以用来测定物质中元素的原子序数。
X射线谱中的X射线能量谱线可以提供有关物质中元素原子序数的具体信息，因此可以根据X射线波长判断物质中元素的原子序数。
X射线荧光分析技术在科学研究和日常用途中都有着重要的应用，用于准确测定物质中原子序数相对于其他分析技术而言，它更加灵敏和准确。
因此，X射线荧光分析可以用于测量各种材料中X射线波长，从而测量物质中原子序数。
X射线荧光分析不仅可以测量X射线波长，而且可以测量物质中元素的原子序数，因此可以用来确定物质的性质、结构和组成。
此外，X射线荧光分析可以用来测量极低浓度物质的组成，从而进行精细的分析。
综上所述，X射线荧光分析是一种通过X射线波长测量物质中元素原子序数的技术。
它是由原子核发射X射线，然后能量释放在晶体结构或晶体表面，这种能量是从原子核中被吸收的。
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X射线荧光光谱仪
探测器的作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的 有盖格计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探 测器等。 量子力学知识告诉我们，X 射线具有波粒二象性，既可 以看作粒子，也可以看作电磁波。看作粒子时的能量 和看作电磁波时的波长有着一一对应关系。这就是著 名的普朗克公式：E=hc/λ。显然测试能量，实现对相 应元素的分析，其效果是完全一样的。 记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部分组成。 通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入计算机，进 行联机处理而得到被测元素的含量。
在农产品重金属检测中的应用
农产品中微量元素的存在及对人体的影响早已为人们所认 识，并且微量元素在蔬菜、果树等农作物的生长发育中起 着非常重要的作用。农作物生长需要的营养元除氮、磷、 钾、钙等大量元素外，还有镁、铁、锰、锌、硼等微量元 素。此外，人类对环境中重金属元素的暴露主要来自土壤 － 作物－ 食物的迁移，不同环境中重金属的积累特点及其 向食物的迁移可能导致对人类健康的不同影响。蔬菜是最 易“吸收”重金属元素的农作物，因此，当土壤被环境重 金属污染后，生长的蔬菜与其他作物相比，对多种重金属 的富集量要大得多。为此，监测和控制农业环境污染、快 速准确地分析农产品中的各种成分，是发展现代化农业的 重要课题之一。
X 射线荧光能谱仪
X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简单。 X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性同位 素。能量色散用脉冲幅度分析器 。探测器和记录等 与X射线荧光光谱仪相同。
X 射线荧光能谱仪
这种仪器只须采用小型激发源（如放射性同位素 和小型 X射线管等）、半导体探测器„如硅（锂） 探测器‟、放大器和多道脉冲幅度分析器，就可 以对能量范围很宽的X射线谱同时进行能量分辨 (定性分析)和定量测定。而且，由于无需分光系 统，样品可以紧靠着探测器，光程大大缩短，X 射线探测的几何效率可提高2～3个数量级，因而 灵敏度大大提高，对激发源的强度要求则相应降 低。所以，整个谱仪的结构要比波长色散谱仪简 单得多。
X射线荧光产生机理图
X射线荧光分析原理
X 射线荧光光谱定性分析原理
生成荧光X射线的波长只与式样的原子序数有关 从原子物理学里我们可以知道，对每一种化学元素 的原子来说，都有其特定的能级结构，其核外电子 都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，所 以对于一种元素来说内层原子激发后，从外层某一 能级跃迁到内层放出的能量是固定不变的。因此通 过测试辐射出的荧光X射线，可以确定式样相应的元 素，通过分析荧光X射线的强度可以分析元素在式样 中的含量
在珠宝首饰检测中的应用
天然宝石品种的鉴定区分 天然宝石中的绝大多数是无机晶质体矿物,每种矿物具 有特定的化学成分和晶体结构。测试出矿物中的ห้องสมุดไป่ตู้要 化学元素对鉴定和区分外观相似的宝石是具有诊断性 的，这在采用其它测试手段无能为力时，效果更为显 著。 天然宝石亚种的鉴定区分 区分同一族、同一亚族或同一矿物常可衍生出不同的 宝石品种，这些宝石常具有类似的化学成分，有的所 含常量元素含量变化较大，有的是微量元素含量明显 不同，根据X 荧光能谱定量或半定量结果可以进行区分。
X射线荧光光谱仪
X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、 记录及数据处理等单元组成。
X射线荧光光谱仪
激发单元的作用是产生初级X射线。它由高压 发生器和X光管组成。后者功率较大，因此要 用水和油同时冷却，从而保证仪器性能。 色散单元的作用是分出想要波长的X射线。它 由样品室、狭缝、测角仪、分析晶体等部分组 成。 通过测角器以1∶2速度转动分析晶体和探测 器，可在不同的布拉格角位臵上测得不同波长 的X射线而作元素的定性分析。
X 射线荧光光谱定性分析
根据莫塞莱（H.G.J.Moseley）对荧光光谱的系 统研究得出了荧光波长λ和式样原子序数之间 的关系，即莫塞莱定律 (1/ λ ) 1/2=K2(Z- δ) 公式中，K2 和δ都是常数。从定律中不难看出： 式样的原子序数越大，相应于同一系的荧光波 长越短。
X 射线荧光光谱定量分析
X射线荧光光谱仪
在定量分析中，经过定标器的信号脉冲（分 析线强度），可以直接输入电子计算机，进行 联机处理而读取分析元素的含量，也可从定标 器上读取分析线的强度，然后进行脱机处理。 在定性分析中，经过脉冲幅度分析器的信号， 可以直接输入计数率计，通过记录器笔录下来， 进行定性或半定量分析。在作近似定量分析时， 也可以通过数据处理机进行。
在土壤重金属检测中的应用
上述方法是较成熟的方法，准确度高，但均需 对样品进行湿法消解，检测步骤繁琐，预处理 过程中易有样品损失或使样品沾污，且需使用 大量的化学试剂，造成环境的二次污染。 而X 射线荧光光谱技术具有准确度高，分析速度快， 试样形态多样性及测定时的非破坏性等特点， 常用于常量元素的定性和定量分析以及进行微 量元素的测定，其检出限多数可达mg /kg 级， 测量的元素范围广，可以在十几分钟之内可同 时测定20 多种元素的含量。
X 射线荧光技术在重金属检测中的应用 近年来，关于重金属污染事件屡见不鲜，从湖南儿童 血铅超标事件，陕西凤翔数百儿童铅超标到重金属污 染“菜篮子”等。最近《南方周末》又有报道说，饮 水机内也存在重金属污染，可见重金属污染已影响到 我们的生活环境。在我国，目前遭受重金属污染的耕 地已达2000 万公顷，约占耕地面积的20%。每年，重 金属污染导致粮食减产超过1000 万吨，超过1200 万 吨的粮食被重金属污染，经济损失达200 亿元。重金 属污染导致土壤环境质量恶化，严重危害了农业生态 系统的良性循环和人类的生存环境，因此，了解重金 属污染情况和重金属快速检测有十分重要的意义。
X 射线荧光能谱仪
作为激发源的X射线管，其发射的X射线既可 以在通过滤光片后直接激发样品，还可以由激 发次级靶，利用便于随意选择的靶材发射出来 的标识线经过滤光片后去激发待测的样品，这 可以大大提高分析线与本底的对比度，对少量 或痕量元素的测定特别有利。
光谱仪与能谱仪比较
X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优 缺点。前者分辨率高，对轻、重元素测定的适 应性广。对高低含量的元素测定灵敏度均能满 足要求。后者的X射线探测的几何效率可提高 2-3数量级，灵敏度高。可以对能量范围很宽 的X射线同时进行能量分辨(定性分析)和定量 测定。对于能量小于2万电子伏特左右的能谱 的分辨率差。
X 射线荧光技术在重金属检测中的应用
在土壤重金属检测中的应用 重金属污染物在土壤中的滞留时间长，一般 不易迁移，也不能被土壤微生物分解，相反， 可在土壤中累积，并通过食物链在生物体中富 集，或转化为毒性更大的甲基化合物，对食物 链中某些生物达到有害水平，最终在人体内蓄 积而危害人体健康。土壤重金属检测一般采用 原子吸收光谱( AAS) 、电感耦合等离子体质 谱仪( ICP /MS) 以及电化学等方法。
荧光X射线检测仪器
根据分光方式的不同，X射线荧光分析可分为 能量色散和波长色散两类，也就是通常所说的 能谱仪和波谱仪。 通过测定荧光X射线的能量实现对被测样品的 分析的方式称之为能量色散X射线荧光分析， 相应的仪器称之为能谱仪 通过测定荧光X射线的波长实现对被测样品分 析的方式称之为波长色散X射线荧光分析，相 应的仪器称之为X射线荧光光谱仪。
当用X 射线( 一次X 射线) 做激发源照射试样，使 试样中元素产生特征X 射线( 荧光X 射线) 时，若 元素和实验条件一样，荧光X 射线的强度Ii与分析 元素的质量百分浓度Ci的关系可以用下式表示: Ii = KCi /μm 式中，μm是样品对一次X 射线和荧光射线的总质 量吸收系数； K 为常数，与入射线强度 和分析 元素对入射线的质量吸收系数有关。在一定条件 下( 样品组成均匀，表面光滑平整，元素间无相 互激发) ，荧光X 射线强度与分析元素含量之间存 在线性关系，根据谱线的强度可以进行定量分析。
小组人员：高珂 张帆
X射线荧光分析
X射线荧光分析概念 X射线荧光分析基本原理 荧光X射线检测仪器 X射线荧光分析法的技术特点 X射线荧光分析技术的主要应用领域
X射线荧光分析概念
X射线的产生
通常获得X射线是利用一种类似热阴极二极管的装臵，用一 定材料制作的板状阳极和阴极密封在一个玻璃-金属管壳内， 阴极通电加热，在阳极和阴极见加以直流电压U(数千伏至 十千伏)，则阴极产生大量的热电子e将在高压电场的作用 下飞向阳极，在它们与阳极碰撞的瞬间产生X射线。用仪器 检测此X射线的波长课发现其中包含两种类型的波普，即连 续X射线谱和特征X射线谱（X射线荧光光谱）
在珠宝首饰检测中的应用
贵金属首饰成色检测 市场上已有多种型号的测金仪出售，大多配备放射性 同位素源，以正比计数管为探测器。固定的放射性同 位素源激发能量的范围较窄，正比计数管的分辨一般 较低。因此，这种组合适合于单元素或少元素样品的 定量测试。如使用241Am 放射性同位素源，适合于激 发能量较高的Au ( L系) 、Ag ( K 系) 、Pt ( L 系) 、Pd( K 系) 荧光，可用于贵金属成色分析。为了准确定量分析 的目的，所有仪器均经过使用标准样品或标准物质进 行校正。目前，在中国使用的有沈阳冶炼厂生产的黄 金合金标准物质和铂钯合金标准样品。大型X 荧光能谱 仪用于贵金属成色检测更为准确，同样需要标准物质 和标准样品做校准之用。
在农产品重金属检测中的应用
国内外的一些学者已经取得了一些成果。 Gunther 等报道用全反射 X 射线荧光光谱法同时测定了蔬菜中多种元素: P，S，Cl，K，Ca， Ti，Mn，Fe，Cu，Zn，Br，Rb 和Sr，除Ni，Ti，Br 和Cl 外，变异 系数低于10%，回收率为95% ～ 110%。Nielson等利用XRF 方法测 定了水果、蔬菜和谷物制品中镁、磷、硫、氯、钾、钙、锰、铁、 铜和锌的含量，检出限为0．8 ～ 300 ppm。M． Xie 等利用全反 射X 射线荧光光谱仪对中国名茶( 普洱茶) 进行多元素分析。Ju Ivanova 等利用ED － XRF 检测植物中的有毒元素，并比较不同放射 性元素照射下的适用能力。高希娟、钟易水等使叶片、水果等农作 物样品经高温灰化后与石英混合，采用粉末压片制样－ X 射线荧光 光谱法同时测定样品中的钙钾钠铁等九种元素，该分析方法检出限、 精密度和准确度能够满足农林业的生产和科研需要。