XRF仪器分析培训

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入射 X射线激发 原子的内层电子， 使电子层出现空洞， 原子成为不稳定状 态（激发状态）， 外层电子进入空洞 而使原子成为稳定 状态，多余的能量 释放出来这个能量 就是荧光X射线
•由于电子轨道 分为K，L，M 以 及 ，，， 因此也分别称为 K 线、L 线
荧光X射线
N层
Kγ L M层 K L L层 K K层
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荧光分析的样品有效厚度一般为≤0.1mm。 （金属≤0.1ｍｍ；树脂≤3ｍｍ） ▲有效厚度并非初级线束穿透的深度，而是
由分析线能够射出的深度决定的！
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XRF－1800结构概念图示
波长色散型WDX(顺序扫描型)
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顺序型单道扫描XRF系统配置
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多道同时型XRF仪器结构
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多道荧光工作原理图
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X射线荧光分析
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X射线荧光光谱仪的分类
1. 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， 缩写为EDXRF和 WDXRF。 2. 根据激发方式的不同，X射线荧光分析 仪可分为源激发和管激发两种
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波长色散与能量色散分辨率的比较
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波长色散X射线光谱仪分类
1.纯扫描型: 一般配备4-6块晶体、两个计数器、 衰减器等.灵活,造价较低.但是分析速度 慢,稳定性稍差,真空室过大,轻元素扫描 道流气窗易损坏，故障率较高。 2.纯多道同时型: 每个元素一个通道,多数部件可以 互换。稳定分析速度快、真空室很小.故 障率低。但是造价高.
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次级滤光片（检测器滤光片）
.滤去无用的线
样品 次级滤光片 检测器 X射线源
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滤光片的原理与使用
Cu的X射线光谱在通过Ni滤片之前(a) 和通过滤片之后(b)的比较 （虚线为Ni的质量吸收系数曲线）
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对标样的依赖性
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工作曲线法
• • • • 标样绘制曲线 标样的要求 标样与试样的关系 使用中的一致性
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理想待测试样应满足的条件：
1.有足够的代表性（因为荧光分析样品的有效厚度一般只有 10～100µｍ） 2.试样均匀。 3.表面平整、光洁、无裂纹。 4.试样在Ｘ射线照射及真空条件下应该稳定、不变型、不引 起化学变化。 5.组织结构一致!
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样品的基本展示形态：
1.固体：铸块类；板、陶瓷、玻璃类；橡皮、木材、纸类 2.小零件类 3.粉末及压块 4.液体和溶液 5.支撑式样品：薄膜和镀层 6.熔融产物
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全固态检测器
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仪器结构和微区分析系统 专利]
可以在30mm直径内的任意位置进行分析。
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250um成图分析，世界首创
实用的详细显示
岩石样品
Ba 250μm 成图
Ba 1mm 成图
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滤光片
初级滤光片 次级滤光片
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初级滤光器(光源滤光片)
作用
–降低背景 –改善荧光
样品
初级滤光片 检测器 X射线源
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连续光谱
连续光谱又称为“白色”X射线，包含了从短波限λm 开始的全部波长，其强度随波长变化连续地改变。从 短波限开始随着波长的增加强度迅速达到一个极大值， 之后逐渐减弱，趋向于零。连续光谱的短波限λm只决 定于X射线管的工作高压。
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不同靶的连续谱图
特征光谱
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分光晶体的工作原理：
布拉格公式：
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• 主要用途： • 1、测量块状、粉末、薄膜和液态材料的元 素种类及含量，并建立工作曲线。 • 2、对矿石样品进行局部分析。 • 3、通过元素含量分析涂层、薄膜厚度。 • 主要优点： • 分析迅速、样品前处理简单、可分析元素范 围广、谱线简单，光谱干扰少
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基础知识简介
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什么是仪器分析？
仪器分析是一大类分析方法的总称，一般的说，仪 器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过 测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变 化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等 信息的一类方法。或者说通过施加给测试样品一定 的能量，然后分析其对声、光、电等物理或物理化 学信号的响应程度或变化大小。分析仪器即测量这 些信号及变化的装置。根据待测物质在分析过程中 被测量或用到的性质，仪器分析可分为光分析方法、 电分析方法、分离分析方法等。
项 目 分析灵敏度 高含量分析 基本参数法 工作曲线法 元素面成象 高次线解析
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XRF-1800 最高 很好 全功能 最适合 可以 标准
MXF-2400 很高 最好 全功能 适合 无 无
X射线及X射线荧光
X-射线：波长0.001～50nm； X射线荧光的有效波长:0.01～4.5nm X射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同
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X射线的产生
。从阳极发出的高速电子
撞击对阴极而产生X射线 • 以 X射线形式辐射出的 能量极小，大部分能量 转变成热能 • 阴极的热量用水或风进 行冷却
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X射线管的结构
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初级X射线的产生
高速电子撞击阳极(Rh、Cu、Cr等重金属)：热能(99%)+X射线 (1%) 高速电子撞击使阳极元素的内层电子激发；产生X射线辐射；
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试样的组成及元素间的影响
• • • • • 试样表面的处理 颗粒度的影响 成分波动的影响 重叠影响 高含量元素峰影响
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样品的制备及样品 与标样的一致性
• 荧光分析中标样与分析样品的一致性是影响分析结 果的重要因素。有时甚至将一致性放在最重要的地 位。最好使两者具有：相似的组成、相似的状态、 相同的加工方式、相似的大小 • 在样品制备中还要考虑：均匀、无夹杂、无气孔、 无污染、代表性等问题
原 子 吸 收 光 谱
原 子 发 射 光 谱
原 子 荧 光 光 谱
X 射 线 荧 光 光 谱
仪器分析方法的分类
classification of instrument analytical method
质谱分析法 电化学分析法 仪器分析 光分析法
色谱分析法
分析仪器联用技术
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热分析法
什么是光谱：光谱是一系列有规律排布的光。如 雨后的彩虹。
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3.多道加扫描道型: 在多道同时型仪器上加扫描道,既有多 道同时型的优点,又有灵活的优点. 4.扫描型仪器加固定道: 在扫描型仪器上加2-4个固定道.部分 减少了扫描型仪器的慢速、稳定性差的 缺点,但是基本构造没有改变,真空室很 大,配备固定道后检测距离加大，灵敏度 降低，故障率偏高。
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扫描型与同时型的比较
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基体效应
• 基体：分析元素以外的全部 • 基体效应：在一定的分析条件下，试样中基体元素 对分析元素测量结果的综合影响。 Wi = (aI2 + bI + c)(1 + ΣdjWj) - Σl jWj j ≠ i, Base
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矿物效应和粒度效应
• 在矿石分析中，由于同一元素会以不同的价态、不 同的结构、不同的晶体存在。这种微观上的差别无 法用机械方法除去，这称为矿物效应。 • 当样品中的颗粒达到一定细度是，X射线的强度达 到恒定。颗粒度增加X射线强度下降。 波长越长该现象越严重。金属的表面处理也有类 似的情况，我们称其为粒度效应和表面效应
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高级次谱线( n >= 2 ) 和一级次谱线 ( n = 1 )在相同的角度被检测
当X射线入射到物质中时，其中一部分会被物质原子散 射到各个方向。当被照射的物质为晶体时，且原子层的间 距与照射X射线波长有相同数量级，在某种条件下，散射 的X射线会得到加强，显示衍射现象。 当晶面距离为d，入射和反射X射线波长为λ时，相临两 个晶面反射出的两个波，其光程差为2dsinθ，当该光程 差为X射线入射波长的整数倍时，反射出的x射线相位一致， 强度增强，为其他值时，强度互相抵消而减弱。 满足2dsinθ=nλ时，衍射线在出射角θ方向产生衍 射，从而达到分光的目的。
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强 度
R1 工作曲线 R2
R3
C3 51
C2
C1
含量
什么是FP法
• FP法也叫基本参数法
纯理论状态下，物质的量与X射线的强度之间具有 一定的函数关系。现实中由于散射、吸收－增强等 因素以及晶体衍射效率的变化等等因素造成实测强 度与理论强度的不一致，通过校准实测强度与理论 强度之间的差异而建立起来的一种以理论参数为主 的分析方法。其需要较少的标准样品或仅需要一些 纯物质即可以进行半定量－定量分析的计算。
X射线束 分光晶体 分光晶体
样品 检测器
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检测器
多道同时型荧光光谱仪概念图
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X射线及X射线荧光
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原子的壳层结构
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特征X射线
• 在 X射线管中，当撞击靶的电子具有足够能 量时，这个电子可将靶原子中最靠近原子核 的处于最低能量状态的 K层电子逐出，在 K 电子层中出现空穴，使原子处于激发状态， 外侧 L层电子则进入内层空穴中去，多余的 能量以 X射线的形式释放出来，原子再次恢 复到正常的能量状态。产生的是Ka线。 • 对应其他的跃迁则产生Kb、La、Lb等等
原子光谱分析法 旋 光 法
原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
紫 外 光 谱 法
红 外 光 谱 法
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什么是光谱分析？
• 用特殊的仪器设备对特定物质的光谱进 行分析的方法。 • 常见的光谱分析仪器有： 原子吸收光谱仪；直读光谱分析仪 ICP直读光谱分析仪；X射线荧光光谱仪 原子荧光光谱仪„„
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波长λ(ｍ) 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1Å
pm nm μm
1 10 1 10 2 10 3
10 4
m
km
射 线
射 线
紫 可 外 见 线 光
红 外 线
微 波
超 短 中 短 波 波 波
第一类 光谱分析法。例如原子吸收光谱分析、 原子发射光谱分析，分子吸收光谱分析，X 射线荧光分析和穆斯鲍尔光谱分析等。 第二类 非光谱分析法。例如折射，偏振法， 旋光色散法，浊度法，X射线衍射法，电子 显微镜法等。
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光分析法
非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
中n不同，产生干涉
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X射线荧光光谱仪
X-ray fluorescence spectrometer
波长色散型：晶体分光 能量色散型：高分辨半导体探测器分光
波长色散型X射线荧光光谱仪
四部分：X光源；分光晶体； 检测器；记录显示； 按Bragg方程进行色散； 测量第一级光谱n=1； 检测器角度 2； 分光晶体与检测器同步转动进行扫描。
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仪器分析法 仪器分析法 非光分析法 非光分析法 光分析法 光分析法
电分析法 电分析法
分离分析法 分离分析法
非光谱分析法 非光谱分析法
光谱分析法 光谱分析法
电 电 色 电 质 导 位 谱 泳 谱 法 法 法 法 法
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旋 光 法
干 涉 法
折 射 法
分 子 磷 光 光 谱 法
核 磁 共 振 波 谱 法
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相干散射线的干涉现象； 相百度文库，相位差固定，方向同， n
X射线的衍射线： 大量原子散射波的叠加、 干涉而产生最大程度加强的光 束； Bragg衍射方程： DB=BF=d sin n = 2d sin 光程差为 的整数倍时相互加 强；只有当入射X射线的波长 ≤2倍晶面间距时，才能产生 衍射
长 波
超 声 波
X
γ
10
radiant
blue (indigo) violet
ｎｍ ３ ８ ０ ４ ３ ０ ４ ９ ０
orenge yellow green
５ ５ ０ ５ ９ ０ ６ ４ ０
red
７ ８ ０
光分析法：光学分析法是根据物质吸收、 发射、散射电磁波或电磁波与物质作用 而建立起来的一类分析方法。 光学分析法可归纳为以下两大类：
X射线荧光光谱仪
日本岛津国际贸易有限公司 型号：XRF-1800
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• 主要配置： • LiF、Ge、PET、TAP、SX-52及SX-98N 6块 分光晶体；FPC、SC检测器；液体样品盒； 微区刻度尺 • 主要性能指标： • 1、检测元素范围：4Be-92U • 2、元素含量范围：0.0001%-100% • 3、最大扫描速度：300°/min
X-射线荧光分析
利用元素内层电子跃迁产生的荧光光谱，应用于元素的定 性、定量分析、固体表面薄层成分分析； X-射线光谱
X-射线吸收光谱
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X-射线荧光分析
X-射线衍射分析 X-射线光电子能谱
X射线荧光分析基本原理
X射线管发出一次X射线（高能）,照射 样品，激发其中的化学元素,发出二次X射 线,也叫X射线荧光,其波长是相应元素的标 识－－特征波长(定性分析基础);依据谱线 强度与元素含量的比例关系进行定量分析.