X射线荧光光谱分析仪基础知识

连续谱和特征谱
莫塞莱定律
阳极靶材不同产生的特征X射线不同。
为常数，均为特性系数随K，L，M，N等谱系而定。
所以通过测定X射线的能量和波长即可获知其为何种元素，识别物质组成。
特征谱线 L壳层 K壳层
Lα2
Lα1
Lβ1
Kβ
K：p→s L：p→s, s→p, d→p,
电磁波谱
X射 线
X射线的产生
X射线管结构
X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 X射产生的条件: 产生并发射自由电子（加热钨灯丝）。 在真空中迫使自由电子朝一定方向高速运动（加一很高的管电压）。 在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（阳极靶），使高速运动的电子突然受阻。
ML K
连续谱和特征谱
X特征谱Kα
当高速电子能量足够大时， 阳极中处于基态的K层电子被击出， 原子系统能量由基态升到K激发态， 高能级电子向K层空位填充时长生K 系辐射。L层电子填充空位时，产生 Kα 系辐射；M层电子填充空位时产 生Kβ辐射。
所以当电压不断提高至超过临界电压时，在某些固定的波长位置，形成远高于连续谱强度的 强度峰——特征峰。
荧光产额
一般而言随原子序数的增加，荧光产额显著上升，对轻元素，荧光产额很低，这也是利用XRF 分析轻元素比较困难的原因。
元素 C
不同元素的K系荧光产额
O
Na
Si
K
Ti
Fe Mo Ag Ba
ωK 0.0025 0.0085 0.024 0.047 0.138 0.219 0.347 0.764 0.83 0.901
因散射构成待测元素的背景，对元素的测定特别是痕量元素的测定带来不利的影响，然而利用散 射线作为内标，则可以校正基体的吸收效应和非均匀效应，因此研究X射线在物质中的散射现象是十 分重要的。
荧光产额
荧光产额是指内层中的电子因受X射线照射所产生的空位被外层电子填充辐射出X射线荧光的
分数几率。
针对特定的电子层而言的，例如ω k是K系的荧光产额，与俄歇电子激发是一种相互竞争的关系。
目录
X射线物理学基础 探测器 X射线荧光光谱仪结构原理 定性定量分析
X射线物理学基础
X射线本质及产生 连续谱和特征谱 X射线与物质之间的作用
X射线本质
由于未知这种射线的本质，将它成为X射线。是一种波长极短、能量很大的电磁波，波长范为 0.001～10纳米，能量为124~0.124kev。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射 线。
K系线的形成时P轨道电子跃迁至S轨道形成 L系线的形成时是由p→s, s→p, d→p电子跃迁形成
X射线与物质的相互作用
X射线
散射X射线
相干的
物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动，这样每个电子在各 个方向产生与入射X射线同频率的电磁波，新的散射波之间发生的干涉现 象称为相干散射。
非相干的+反冲电子=康普顿效应
L吸收边 K吸收边
K为分段函数
随着X射线能量增加， 波长变短质量吸收系 数先是逐渐降低，之 后到某一能量附近突 然增大，这个突变点 的能量称为吸收边。 K吸收边是入射光的 能量能够使K层电子 产生空穴的最低能量 值。
第二部分 能量探测器
能量探测器
X射线探测器是检测X射线光子的装置，并能把它的能量按照光子振幅比例来转化为具有电子 能量的脉冲。
透射X射线，强度衰减Ix
Ix I 0 exp(L)
热能
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 收而逐出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，所逐出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， 而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光。
连续谱和特征普
能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去 动能，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次生成一个 能量为hv的光子，一个电子可以发生多次碰撞，每次碰 撞产生的能量越来越小，即波长越来越长。因其为大量 随机变化的，所以不是固定值而是连续变化的。
X射线产生波长是固定的吗？
连续谱的强度： 无损转化→短波限
质量吸收系数
t 当一束X射线通过物质后，由于散射和吸收的作
用使其透射方向上的强度衰减，衰减的过程与所经过 物质中的距离t和物质的线吸收系数μ成正比。
同种物质对不同波长的射线系数是不一样的，比 如：Pb是很好的用来挡射线的物质，但是对于铜Ka来 说，Fe的吸收比Pb更强。
I0：入射光初始强度 I：经过物体后的出射强度 μ： 线吸收系数（包含光电吸收和散射吸收） μm: 质量吸收系数 ρ: 样品密度 L: 射线在样品中的辐射距离
光电子
光电效应
荧光X射线 俄歇电子
当能量不是特别高的X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞 时，电子获得部分动能成为反冲电子，使得散射光子的能量低于入射光 子能量。X射线光子离开了原来的方向，相另外的方向发射。它会增加连 续背景，原子序数越低，康普顿散射作用越强，因此轻基体会产生较强 的康普顿散射峰，甚至会掩盖待测元素的有用信息。
由于质量系数系数可查，所以应用更常见，
吸收边
质量吸收（衰减）系数与波长存在如下图关系：
L层亚层更多，表现的吸收 跃迁也较多。 不同物质对同种波长吸收不同， 同种物质对不同波长的吸收也 不同，如Fe对CuKa的吸收是 非常强的。 应用：滤光片的作用；靶材选择。 为使其特征谱不被样品强烈吸收， 选择产生的偏离样品特征射线波 长的靶材。
在该PN结加反向偏置场， n型硅全耗尽，内部形成平行表面的电场．耗尽层电离辐射产生的 电 子受电场力作用，向极低电容的收集阳极“漂 移”，形成计数电流,如果激发１个电子空穴 对所需能 量为 w，入射 X射线能量为E ，那么生 成的电子数目N为E/w。
与传统的 Si(Li)探测器相比， SDD 探测器的输出电容小。因此，它具有高能量分辨率、高量子 效率、高信 噪比以及计数率动态范围高等优点。SDD 探测器被广泛地应用在 X 射线荧光光谱、空 间 X 射线探 测等领域。