X射线光谱分析报告
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。
EDX分析报告(两篇)2024
引言概述：EDX（能量色散X射线光谱）分析是一种常用的表征材料组成和结构的技术。
它通过探测样品中所产生的特定能量的X射线来确定材料的元素组成和相对含量。
本文将深入探讨一个EDX分析报告的前述主题。
正文内容：一、X射线源和检测器1.X射线源是产生EDX分析所需的关键部件之一。
通常采用基于电子束轰击金属靶箔的X射线源来产生特定能量范围的X射线。
2.在EDX分析过程中，能量分散检测器被用于捕捉和测量被样品产生的X射线。
最常见的检测器是硅(Si)和锗(Ge)半导体探测器。
二、样品准备1.在进行EDX分析之前，必须对样品进行适当的准备工作。
这包括将样品切割成适当尺寸，使其能够适应EDX分析设备。
2.样品的表面必须被清洁，以消除可能影响分析结果的任何污染物。
常用的方法包括超声清洗、溶剂洗涤和离子束抛光。
三、元素分析1.在进行EDX分析时，X射线进入样品并与其元素相互作用。
当X射线与样品中的原子发生相互作用时，会产生特定能量的荧光X射线。
2.EDX分析设备会测量这些荧光X射线的能谱，并通过峰位置和峰强度来确定样品中存在的元素和其相对含量。
3.EDX分析的结果通常以峰强度的谱图形式呈现，根据不同元素的吸收能力和跃迁能量，每个元素的峰对应于一定能量范围内的荧光X射线。
四、定量分析1.EDX分析不仅能提供元素的定性信息，还可以进行定量分析。
这需要使用标准样品进行校准，通过比较样品和标准样品的峰强度，可以确定元素的相对含量。
2.其中一个常用的定量方法是使用内标元素进行校正。
内标元素是在样品中以已知含量存在的元素，通过将样品中元素的峰强度与内标元素的峰强度进行比较，可以推算出目标元素的含量。
五、应用领域1.EDX分析在材料科学和工程领域有广泛的应用。
它可以用于分析金属试样中的杂质元素，评估材料组成的均匀性和纯度。
2.EDX还可用于研究纳米材料的元素分布和偏析行为，揭示材料的微观结构与性能之间的关系。
3.EDX分析还被广泛应用于考古学和艺术品分析中，以确定古代工艺品的元素组成和来源。
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射线荧光光谱法半定量分析
x射线荧光光谱法半定量分析
X射线荧光光谱（XRF）是一种快速、准确、灵敏的分析技术，无需复杂的样品制备，采用简单的操作即可实现对多种实验样品的半定量分析和定性分析。
由于其一次性的分析效率和精度，XRF在很多行业中得到了广泛的应用，如矿业、环境监测、冶金、化学、油品检测、材料分析等。
X射线轰击金属样品时会产生荧光，利用探测器来检测它们，可以获得特定元素的信号，进而得到该元素在样品中的相对含量。
X射线荧光光谱的主要原理是以X射线的能量攻击样品，使核子跃迁到更高能级，然后在降低能级过程中放射出一系列特征荧光，从而可以识别出样品中的元素组成及定量分析。
X射线荧光光谱半定量分析也被称为单元定量，是指整体定量及精确定量之外的一种定量结果。
使用X射线荧光光谱半定量分析时，只需要准备响应曲线，则可通过响应曲线与样品获得峰值比，表示检测元素的含量比。
它以警报仪测得的数值的大小作为检出的依据，最终得到特定样品中检出元素的含量比。
由于它具有快速简单、非常灵敏，而且能以半定量的方式获得样品的检测结果，因此X射线荧光光谱半定量分析被越来越多的应用于知名实验室和检测部门。
X射线荧光光谱半定量分析具有许多优势，具有高效性、低成本等优点，可以迅速有效地分析实验样品，更加准确地预测分析结果。
除此之外，它还提供了更高级的技术手段，如自动化操作系统、智能数据处理系统等，可以根据具体需要，实现更为高效、精准的X射线荧光光谱半定量分析。
X射线荧光光谱半定量分析技术的灵活性和准确性使其得到了更广泛的应用，可以在多个行业进行分析，如矿业、环境监测、冶金、化学、油品检测、材料分析等。
它有效地提高了实验效率，减少了样品分析所需的时间。
X射线荧光光谱分析实验
X射线荧光光谱分析实验一、实验原理：X射线荧光光谱分析是一种非破坏性测试方法，它通过X射线的能量转移到样品中的原子上，使得样品中的原子激发产生X射线荧光。
这些荧光射线的能量与样品中元素的种类和数量有关，通过测量这些荧光射线的能谱图，可以确定样品中的元素组成和含量。
二、实验步骤：1.准备样品：将待测样品制备成均匀、光滑的表面，并确保其表面不含杂质和氧化层；2.调试仪器：先将仪器开机预热，待稳定后，调整仪器的工作参数，如加速电压和电流等；3.校正仪器：选择已知元素的标准样品作为参照，进行仪器的校正工作，确保仪器的准确性和稳定性；4.测量样品：将待测样品放入样品台中，调整仪器的工作参数，如扫描速度和扫描范围等，开始测量；5.数据处理：通过仪器软件对测量得到的能量谱图进行处理和分析，提取出所需的信息，如元素的种类和含量等。
三、结果分析：实验测得的能量谱图是实验结果的主要表现形式，通过对能量谱图的分析，可以得到样品中元素的种类和含量。
在分析图谱时，需要考虑以下几个方面：1.荧光峰的识别：根据已知元素的特征能量，识别出荧光峰的位置和强度；2.荧光峰的参比：选取其中一特定元素的荧光峰作为参比峰，根据参比峰的强度与其他峰的比值，可以计算出其他元素的含量；3.元素含量的计算：通过参比峰的比值来计算其他元素的含量，可以采用标准曲线法或者基体效应法等方法。
四、应用：1.金属材料分析：可以对金属材料中的各种元素进行定性和定量分析，用于确定材料组成和质量检测；2.环境监测：可以对土壤、水质等样品中的有害元素进行检测和分析，用于环境监测和污染源溯源；3.矿石矿物分析：可以对矿石和矿物中的元素进行分析，用于找矿和资源评价；4.文物鉴定：可以对文物中的元素进行分析，用于文物的鉴定和分类。
总结：X射线荧光光谱分析是一种常用的物质分析方法，它可以通过测量样品中的荧光射线能谱，确定样品中元素的种类和含量。
该方法具有非破坏性、准确性高等特点，并且在材料科学、环境监测、地质矿产、电子器件、生物医药等领域有广泛的应用。
X射线荧光光谱分析
1 ppq
ICP-MS GFAAS
1 ppt
1 ppb
TOC; TN; TS, TOX Arc-Spark OES XRF
ICP-AES AAS 1 ppm
1,000 ppm
100%
X射线荧光光谱仪结构
Vacuum Tank SmartGonio™
分析位置的样品
X-ray 光管
样品交换器
分子泵
旋转真空 泵
微量样品分析
超薄滤纸法 麦拉膜法 优点 没有基体效应 缺点误差大
金属样品
钢、铁、铁合金等黑色金属及合金 铜、铝、锌、锡、钛等有色金属及合金
镀层分析
镀锌板、镀锡板镀层厚度分析 镀层组分分析 耐指纹板等涂层分析 多层膜分析
例：镀锌、铝多层膜厚度测量
Zn
Zn Fe-Zn 金 属
FEATURE K Spectra L Spectra
COLLIMAT. X-Coarse Coarse Medium Fine
CRYSTAL AX20 AX16 AX09 AX06 TLAP ADP PET InSb Ge LiF 200 LiF 220 LiF 420
DETECTOR FPC Scintillation
Sensitivity Resolution Be B C N O F
Very high High Good Low
Low Fair Good High
Good High Good High Good Low Good High High Good Fair Low
Low Low Low Low Good High Fair High High Good High Very high
粉末压片 熔融玻璃片法 微量样品分析（超薄滤纸法、麦拉膜法）
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射线荧光光谱分析实验
实验报告内容一、实验目的1.了解X射线荧光光谱仪的结构和工作原理；2.掌握X射线荧光分析法用于物质成分分析方法和步骤；3.用X荧光分析方法确定样品中的主要成分。
二、实验原理利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。
按激发、色散和探测方法的不同，分为X射线光谱法(波长色散)和X射线能谱法(能量色散)。
三、实验仪器X射线荧光分析仪四、实验步骤（一）实验参数选择1. 阳极靶的选择：选择阳极靶的基本要求：尽可能避免靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。
不同靶材的使用范围见表1-1。
表1-1 不同靶材的使用范围必须根据试样所含元素的种类来选择最适宜的特征X射线波长(靶)。
当X射线的波长稍短于试样成分元素的吸收限时，试样强烈地吸收X射线，并激发产生成分元素的荧光X 射线，背底增高。
其结果是峰背比(信噪比)P／B低(P为峰强度，B为背底强度)，衍射图谱难以分清。
X射线衍射所能测定的d值范围，取决于所使用的特征X射线的波长。
X射线衍射所需测定的d值范围大都在1nm至0.1nm之间。
为了使这一范围内的衍射峰易于分离而被检测，需要选择合适波长的特征X射线。
详见表1-2。
一般测试使用铜靶，但因X射线的波长与试样的吸收有关，可根据试样物质的种类分别选用Co、Fe，或Cr靶。
此外还可选用钼靶，这是由于钼靶的特征X射线波长较短，穿透能力强，如果希望在低角处得到高指数晶面衍射峰，或为了减少吸收的影响等，均可选用钼靶。
表1-2 不同靶材的特征X射线波长2. 管电压和管电流的选择工作电压设定为3～5倍的靶材临界激发电压。
选择管电流时功率不能超过X射线管额定功率，较低的管电流可以延长X射线管的寿命。
X射线管经常使用的负荷(管压和管流的乘积)选为最大允许负荷的80％左右。
但是，当管压超过激发电压5倍以上时，强度的增加率将下降。
X射线荧光光谱仪光谱分析(1)
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。
波长散射X射线光谱分析
XRF基础理论 二. XRF应用范围 三. XRF分析原理 四. 仪器结构原理 仪器参数选择
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一. XRF 基础理论
1.X-射线定义
电磁辐射
波长 0.01 nm - 10.0 nm
能量 124 keV - 0.124 keV
1nm = 10Å = 10-9m = 10-6mm
探测器：用光电转换，探测荧光谱线
DMCA计数电路：测量谱线的净强度
微机及软件：定性和定量分析
晶体分光原理
nλ = 2d Sinθ n------衍射级数； 1. 不同元素的特征谱线，通过晶体的色散，分布在空间 不同位置(θ)； 2. 不同的晶体或同一晶体不同晶面，具有不同的晶面间 距(d),不同的色散 效率、分辨本领和适用的波长范围；
元素 K系 Te - Ni Te - V Te - K Cl - P Cl - P Si Si Cl - Al Cl - Al
元 素 L系 U -Hf U - La U - In Cd - Zr Cd - Zr Nb - Sr Nb - Sr Cd - Br Cd - Br
* C - 本晶体为横向弯曲型晶体
四.光谱仪结构原理
光谱仪原理图
仪器的光路图
波长散射仪器实际光路图
Magix仪器的基本特点
仪器基本结构－两种光路设计
kV K 系谱线 L 谱线 60 Fe - Ba Sm - U 50 Cr - Mn Pr - Nd 40 Ti - V Cs - Ce 30 Ca - Sc Sb - I 24 Be - K Ca - Sn
仪器常用的分光晶体
晶 体 LiF (420) LiF (220) LiF (200) Ge (111) Ge(111)C* InSb(111) InSb(111)C* PE (002) PE(002)C*
南京大学-X射线荧光光谱分析实验报告.doc
南京大学-X射线荧光光谱分析实验报告。
x射线荧光分析1。
实验目的1。
了解能量色散荧光分析的原理、仪器组成和基本测量分析方法。
2.验证莫斯利定律，从实验中推导出屏蔽常数。
3.研究了多道分析仪的校准和用荧光分析法测定未知样品成分和相对含量的方法。
第二，实验原理用光子、电子、原子、粒子或其他某种能量的离子轰击样品，敲除物质原子内壳层的电子，产生电子空位，原子处于激发态。
外壳中的电子跃迁到内壳，填充内壳中的电子空位，释放跃迁能量，使原子返回基态。
跃迁能量以特征射线的形式释放，或者能量被转移到另一个轨道电子，导致电子被发射，即俄歇电子发射。
样品中元素的种类和含量可以通过测量特征射线能谱来确定。
根据跃迁后电子的能级，特征曲线射线可分为系列。
根据电子跃迁前的能级，它可以分为不同的谱线。
特征谱线的能量是两个壳层的电子结合能之差。
因此，所有元素的特征射线的能量范围从几千电子伏到几万电子伏。
荧光分析中激发X射线通常有三种方法:(1)用质子和α粒子激发等离子体(2)电子激发；(3)用射线或低能射线刺激。
我们的实验室使用辐射激发(技术)和以放射性同位素为激发源的光管。
在该技术中，入射光子除了与样品中的原子光电相互作用产生的内壳空位之外，还可以产生相干散射和非相干散射(康普顿散射)。
这些散射光子进入探测器，在分析中形成散射背景。
此外，样品中激发的光电子会产生轫致辐射，但产生的背景比散射的光子背景小得多，而且能量也较低，一般低于。
所以能谱的特征是: 特征射线峰叠加在散射光子峰之间的平坦连续背景光谱上。
如图1的能谱图所示。
图1:能谱图通常用于测量特征射线。
它具有高能量分辨率，适合多元素的同时分析。
也可以选择高纯度检测器，但两者都很昂贵。
在荧光分析中，轻元素(通常称为元素)通常是针对其射线进行测量的，而重元素(元素)通常是针对其射线进行测量的，因为它们的射线能量比射线高，强度比射线弱，所以测量的特征射线能量通常低于射线能量。
在这个能量范围内，比例计数器具有更高的检测效率。
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射线荧光光谱分析实验报告
X射线荧光光谱分析实验报告一、实验目的1.了解能量色散X荧光分析的原理、仪器构成和基本测量、分析方法。
2.验证莫塞莱定律，并从实验推出屏蔽常数。
3.研究对多道分析器的定标，以及利用X荧光分析测量位未知样品成分及相对含量的方法。
二、实验原理以一定能量的光子、电子、原子、粒子或其它离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击出，产生电子空位，原子处于激发态。
外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态。
跃迁能量以特征X射线形式释放，或能量转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，即俄歇电子发射。
测出特征X射线能谱，即可确定所测样品中元素种类和含量。
特征曲线X射线根据跃迁后电子所处能级可以分为K,L,M系等：根据电子跃迁前所在能级又可分为Ka,KB,Ky,La,Ls等不同谱线。
特征X谱线的的能量为两壳层电子结合能之差。
因此，所有元素的K,L 系特征X射线能量在几干电子伏到几十干电子伏之间。
X荧光分析中激发X射线的方式一般有三种：(1)用质子、0粒子等离子激发(2)用电子激发；(3)用X射线或低能y射线激发。
我们实验室采用X射线激发(XX技术)，用放射性同位素作为激发源的X光管。
XX技术中，入射光子除与样品中原子发生光电作用产生内壳层空位外，还可以发生相干散射和非相干散射（康普顿散射），这些散射光子进入探测器，形成XⅨ分析中的散射本底。
另外，样品中激发出的光电子又会产生轫致辐射，但这产生的本底比散射光子本底小得多，且能量也较低，一般在3kV以下。
所以XIX能谱特征是：特征X 射线峰叠加在散射光子峰之间的平坦的连续本底谱上。
测量特征X射线常用S(L)探测器，它的能量分辨率高，适用于多元素同时分析，也可选用Ge(Li)或高纯Ge探测器，但均价格昂贵。
在X荧光分析中，对于轻元素（一般指Z<45的元素通常测其KX 射线对于重元素Z>45的元素），因其KX射线能量较高且比LX射线强度弱，常测其LX射线，这样测量的特征X射线能量一般在20kV以下。
10.1X射线荧光光谱分析
10.1X射线荧光光谱分析X射线是一种电磁辐射，其波长介于紫外线和γ射线之间。
它的波长没有一个严格的界限，一般来说是指波长为0.001-50nm的电磁辐射。
对分析化学家来说，最感兴趣的波段是0.01-24nm，0.01nm左右是超铀元素的K系谱线，24nm则是最轻元素Li的K系谱线。
1923年赫维西(Hevesy,G.Von)提出了应用X射线荧光光谱进行定量分析，但由于受到当时探测技术水平的限制，该法并未得到实际应用，直到20世纪40年代后期，随着X射线管和分光技术的改进，X荧光分析才开始进入蓬勃发展的时期，成为一种极为重要的分析手段。
10.1.1X射线荧光光谱分析的基本原理当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，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，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给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。
K 层电子被逐出后,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 α射线,由M 层跃迁到K 层辐射的X 射线叫K β射线……。
同样,L 层电子被逐出可以产生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ΔE 释放出来，且ΔE=E K -E L ，这个能量是以X 射线形式释放，产生的就是K α射线，同样还可以产生K β射线，L 系射线等。
17.2 X射线能量色散光谱分析
仪器分析X射线能量色散光谱分析X射线能量色散光谱分析主要内容：•X射线能量色散光谱仪的基本检测原理•X射线能量色散光谱仪在材料研究中的应用X 射线能量色散光谱仪的基本检测原理X 射线管产生的X 射线辐射在待测样品表面，使待测样品的内层电子被逐出，产生空穴，整个原子体系处于不稳定的激发态。
而外层电子会自发地以辐射跃迁的方式回到内层填补空穴，产生特征X 射线，其能量与入射辐射无关，是两能级之间的能量差。
当特征X 射线光子进入硅渗锂探测器后便将硅原子电离，产生若干电子-空穴对，其数量与光子的能量成正比。
利用偏压收集这些电子空穴对，经过一系列转换器以后变成电压脉冲供给多脉冲高度分析器，并计数能谱中每个能带的脉冲数。
吸收电子透射电子试样俄歇电子二次电子背散射电子入射电子特征X 射线✓不同元素发出的特征X 射线具有不同的能量，即波长不同X射线能量色散光谱仪的基本检测原理X射线光子进入锂漂移硅Si（Li）探测器后，在晶体内产生电子-空穴对。
在低温下，产生一个电子-空穴对平均消耗能量为3.8eV。
能量为E的X射线光子产生的电子-空穴对为N=E/3.8。
电子-空穴对形成电压脉冲信号，探测器输出的电压脉冲高度对应X射线的能量。
因此，EDX借助分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现，根据波长测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量。
X射线能量色散光谱仪在材料研究中的应用根据探针在待测样品表面扫描的方式不同，可以有点、线、面分析三种方式，因此EDS有以下用途：➢定性分析✓非均匀样品的局部化学成分（点）✓较少量材料或小颗粒材料的化学成分（点）✓非均匀样品中一维/二维的成分分布（线/面）✓沉积在任意衬底上的薄膜成分（面）X射线能量色散光谱仪在材料研究中的应用➢定量分析✓有标样定量分析：在相同条件下，同时测量标样和试样中各元素的X射线强度，通过强度比，再经过修正后可求出各元素的百分含量。
有标样分析准确度高。
（定量）✓无标样定量分析：标样X射线强度是通过理论计算或者数据库进行定量计算。
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碰撞 内层电子跃迁↑H
空穴
外层电子跃迁↓L
电子能 谱分析
自由电子
原子内吸收
另一电子激发
Auger电子：次级光电子 各元素的Auger电子能量固定；（电子能谱分析法的基础）
竞争
Auger效应
荧光辐射
几率
Z<11的元素；
重元素的外层 空穴；
重元素内 层空穴； K, L层；
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Moseley 定律
固体试样时，采用 m = l /
（ ：密度）；
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X射线的吸收
X射线的强度衰减：吸收+散射；
总的质量衰减系数m ： m = m + m
m ：质量吸收系数； m ：质量散射系数；
m
kZ 43
NA Ar
NA：Avogadro常数；Ar ：相对原子质量；k：随吸收限
改变的常数；Z：吸收元素的原子序数； ：波长；
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（1）X射线管(光源)
分析重元素：钨靶 分析轻元素：铬靶
靶材的原子序数越大， X光管压越高，连续谱强度 越大。
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（2）晶体分光器
晶体色散作用； =2dsin 平面晶体分光器 弯面晶体分光器
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（3）检测器
脉冲信号
正比计数器(充气型)：
工作气 Ar；抑制气 甲烷
X-射线光谱
X-射线吸收光谱 X-射线荧光分析 X-射线衍射分析
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电子能谱分析
利用元素受激发射的内层电子或价电子的能量分布进行 元素的定性、定量分析；固体表面薄层成分分析；
电子能谱分析 X-射线光电子能谱 紫外光电子能谱
Auger电子能谱
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共同点
(1) 属原子发射光谱的范畴； (2) 涉及到元素内层电子； (3) 以X-射线为激发源； (4) 可用于固体表层或薄层分析
特征谱线的频率：
n1 n2
En1
En2 h
cR(
Z
)2
n22
1
n12
R=1.097×107 m-1,Rydberg常数；
σ核外电子对核电荷的屏蔽常数；
n电子壳层数；c光速；Z原子序数；
不同元素具有自己的特征谱线
——定性基础 。
14:48:27
跃迁定则：
(1)主量子数 n≠0 (2)角量子数 L=±1 (3)内量子数 J=±1，0
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内容选择：
第一节 X射线与X射线光谱分析
X-ray and X-ray spectrometry
第二节 X 射线荧光分析
X-ray fluorescence spectrometry
第三节 X 射线衍射分析
X-ray diffraction analysis
第四节 X 射线光电子能谱
利用X射线使气体电离的作 用，辐射能转化电能；
闪烁计数器：
瞬间发光—光电倍增管； 半导体计数器：下图
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（4）记录显示
记录显示：放大器、脉冲高度分析器、显示； 三种检测器给出脉冲信号； 脉冲高度分析器：分离次级衍射线，杂质线，散射线
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2. 能量色散型X射线荧光光谱仪
采用半导体检测器；多道脉冲分析器(1000多道)； 直接测量试样产生的X射线能量； 无分光系统，仪器紧凑，灵敏度高出2～3个数量级；
creation of X-ray fluorescence
特征X射线荧光--特征X射线光谱
碰撞 内层电子跃迁↑H
空穴
X射线荧光 > 次级X射线
(能量小)
(能量大)
激发过程能量稍许损失；
依据发射的X射线荧光
，确定待测元素——定性
X射线荧光强度——定量
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X射线荧光
外层电子跃迁↓L
Auger 效应
J为L与磁量子数矢量和S；
n=1,2,3，线系, 线系,
线系；
L→K层K； K1 、 K2 M→K层K ； K1 、 K2 N→K层K ； K 1 、 K 2 M→ L 层L ； L1 、 L2 N→L层L ； L 1 、 L 2 N→M层M； M1 、 M2
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特征光谱——定性依据
第十五章 X射线光谱与电 子能谱分析法
X-ray spectrometry and electron spectroscopy
第一节 X射线和X射线
光谱分析
X-ray and X-ray spectrum analysis
一、概述
generalization 二、X射线与X射线谱 X-ray and X-ray spectrum 三、X射线的吸收、散射和 衍射
元素的荧光X射线的波长( )随元素的原子序数( Z )
增加，有规律地向短波方向移动。
1
1/ 2
K (Z
S)
K，S常数，随谱系(L，K，M，N)而定。 定性分析的数学基础； 测定试样的X射线荧光光谱，确定各峰代表的元素。
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二、X射线荧光光谱仪
X-ray fluorescence spectrometer
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二、X射线与X射线光谱
X-ray and X-ray spectrum
1. 初级X射线的产生
X-射线：波长0.001～50nm的电磁波；
0.01～24 nm ； (超铀K系谱线) ～ (锂K系谱线)
高速电子撞击阳极(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；
14:48:28
2.X射线的散射
X射线的强度衰减：吸收+散射；
X射线的 ↑； Z ↑，越易吸收，吸收>>散射；吸收为主； ↓， Z↓；穿透力越强；对轻元素N,C,O，散射为主；
(1)相干散射(Rayleigh散射，弹性散射)
X射线
碰撞
新振动波源群
相干散射
E 较小、 较长的X射线 →碰撞(原子中束缚较紧、Z较大
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2.X射线光谱
（1） 连续X射线光谱
电子→靶原子，产生连 续的电磁辐射，连续的X射 线光谱；成因：
大量电子的能量转换是 一个随机过程，多次碰撞；
阴极发射电子方向差异 ，能量损失随机；
Ee
eU
1 2
m0
Im K Z i U 2
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（2）X射线特征光谱
特征光谱产生：
碰撞→跃迁↑(高) →空穴→跃迁↓(低)
absorption, diffuse and diffraction of X-ray
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一、概述
generalization
X-射线：波长0.001～50nm； X-射线的能量与原子轨道能级差的数量级相同；
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；
n = 2d sin 光程差为 的整数
倍时相互加强；
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Bragg衍射方程及其作用
n = 2d sin
| sin | ≤1；当n = 1 时， n / 2d = | sin | ≤1，
即 ≤ 2d ； 只有当入射X射线的波长 ≤2倍晶面间距时，才能产生衍射
Bragg衍射方程重要作用：
电子)→新振动波源群（原子中的电子）；与X射线的周期、 频率相同，方向不同。
实验可观察到该现象；测量晶体结构的物理基础；
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（2）非相干散射
Comptom 散射、非弹性散射；Comptom-吴有训效应；
，方向，变 波长、周相不同，
无相干
X射线
非弹性碰撞
反冲电子
= - = K (1-cos)
1. X射线的吸收
dI0=-I0 l dl dI0=-I0 m dm dI0=-I0 n dn
l：线性衰减系数； m：质量衰减系数； n：原子衰减系数；
衰减系数的物理意义：单位路程 (cm)、单位质量(g)、单 位截面(cm2) 遇到一个原子时，强度的相对变化（衰减）；
符合光吸收定律：
I = I0 exp(- l l )
(1)已知 ，测角，计算d； (2)已知d 的晶体，测角， 得到特征辐射波长 ，确定元
素，X射线荧光分析的基础。
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内容选择
第一节 X射线与X射线光谱分析
X-ray and X-ray spectrometry
第二节 X射线荧光分析
X-ray fluorescence spectrometry
K 与散射体和入射线波长 有关的常数；
Z↓，非相干散射↑； 衍射图上出现连续背景。
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3. X射线的衍射
相干散射线的干涉现象；
相等，相位差固定，方向同， n 中n不同，产生干涉。
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
无高次衍射干扰； 同时测定多种元素； 适合现场快速分析； 检测器在低温(液氮) 下保存使用，连续光谱 构成的背景较大；
14:48:28
能量色散型X射线荧光光谱图1:48:28能量色散型X射线荧光光谱图
14:48:28
三、应用
applications
1.定性分析
波长与元素序数间的关系；特征谱线；
第三节 X射线衍射分析
X-ray diffraction analysis
第四节 X射线光电子能谱
X-ray electron spectroscopy