X射线荧光光谱分析基本原理

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x射线荧光光谱仪工作原理

x射线荧光光谱仪工作原理

x射线荧光光谱仪工作原理
X射线荧光光谱仪的工作原理主要包括两个部分:激发源和探测系统。

首先,X射线管是该仪器的主要组成部分之一。

它可以产生X射线,也被称为一次X射线,这些X射线被用来激发被测样品。

其次,当一次X射线(也被称为入射X射线)照射到被测样品时,样品中的原子会吸收这些X射线,然后从它们的内层电子中释放出内层电子,此时外层电子会跳入这个能级,产生特征的X射线(也被称为二次X射线),其波长或能量是特定元素的标识。

这些特征的X射线接着会被探测系统测量和收集。

最后,仪器软件将这些信息转换成样品中各种元素的种类及含量。

这种转换是基于荧光X射线的波长或能量与元素种类之间的特定关系。

只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类。

同时,由于元素含量和荧光X射线的强度之间有一定的关系,所以可以根据强度进行元素的定量分析。

x射线荧光光谱

x射线荧光光谱

x射线荧光光谱引言x射线荧光光谱(X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRF)是一种常用的非破坏性分析技术,广泛应用于材料科学、地质学、环境科学、金属检测等领域。

它基于材料在受到x射线激发后产生的荧光辐射,通过测量荧光光子的能谱信息,可以确定材料中的元素种类和含量。

本文将介绍x射线荧光光谱的基本原理、仪器设备以及应用案例。

一、基本原理x射线荧光光谱的基本原理是基于光电效应和荧光效应。

当材料受到x射线束辐射时,束中的x射线光子与材料的原子相互作用,发生光电效应,即x射线光子被原子内的电子吸收,并激发出内层电子,从而使原子处于激发态或离激态。

随后,这些激发态或离激态的原子通过辐射跃迁返回基态,释放出能量较低的荧光光子,产生荧光辐射。

不同化学元素的原子所产生的荧光光子具有不同的能量,因此可以通过测量荧光光子的能谱信息来确定样品中的元素种类和含量。

二、仪器设备x射线荧光光谱需要使用专门的仪器设备来实现荧光光谱的测量。

常见的x射线荧光光谱测量装置包括x射线源、样品支架、能谱仪、数据分析系统等。

1. x射线源x射线源是产生x射线束的设备。

常见的x射线源包括x射线管和同步辐射光源。

x射线管通常采用钨靶或铜靶,通过高压电流的激发产生x射线束,具有较低的能量,并适用于常见元素的测量。

而同步辐射光源通过加速电子在环形加速器中高速运动产生的x射线,具有较高的能量,适用于测量高原子序数的元素。

2. 样品支架样品支架是用于固定和放置待测样品的装置。

样品支架可以有多种形式,如样品盒、样品台、样品架等,不同形式的样品支架可用于不同类型和尺寸的样品。

3. 能谱仪能谱仪是用于测量荧光光子能谱信息的装置。

通常采用的能谱仪包括固态能谱仪和闪烁能谱仪。

固态能谱仪采用固态探测器,如硅探测器或硒探测器,可提供高能量分辨率和较高的计数速率。

而闪烁能谱仪则采用闪烁晶体,如钠碘化物晶体或锗探测器,可提供较高的灵敏度和较低的本底计数。

X射线荧光光谱分析的基本原理

X射线荧光光谱分析的基本原理

X射线荧光光谱分析的基本原理X射线荧光光谱分析(X-ray fluorescence spectroscopy, XRF)是一种常用的非破坏性分析方法,适用于几乎所有元素的测定,具有高精度、高灵敏度和多元素分析能力。

其基本原理可以概括为:当固体或液体样品受到高能X射线照射时,样品中的原子被激发或电离,并散射光子。

这些激发或电离后的原子会重新排列电子态,并产生X射线以释放能量。

这些释放的X射线称为荧光射线。

通过测量荧光射线的能量和强度,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基本组成分为两大部分:X射线源和荧光谱仪。

X射线源一般采用X射线管,它通过给电子加速并与靶材相互作用,产生高能的X射线。

靶材的选择根据分析需要来确定,常见的靶材有铜、铬、铁等。

荧光谱仪由X射线检测器、能谱仪和数据处理系统组成。

X射线检测器一般选择气体探测器或固体探测器,可以将荧光射线转化为电信号。

能谱仪用于测量荧光射线的能量,并将荧光射线的能谱图转换为电信号。

数据处理系统则对荧光信号进行处理和分析。

X射线荧光光谱分析的原理是基于X射线特性的相互作用。

当样品受到高能X射线照射时,X射线在物质中发生两种主要的相互作用:光电吸收和康普顿散射。

光电吸收是指X射线入射到样品中,被其中的原子内层电子吸收并产生光电子,从而使原子转变为激发态。

光电吸收的截面与元素的原子序数有关,轻元素的光电吸收截面较大,重元素的光电吸收截面较小。

当样品处于激发态时,它会以荧光射线的形式释放出能量。

康普顿散射是指X射线与样品中的自由电子相互作用,它会使一部分X射线的方向改变,而能量减少,从而散射出去。

康普顿散射的强度与X射线的能量和散射角度有关,散射角度越大,康普顿散射强度越大。

康普顿散射并不改变样品中元素的能级结构,因此并不产生荧光射线。

X射线荧光光谱分析仪利用荧光射线和康普顿散射的特性来进行元素的分析。

通常,荧光射线的能量和康普顿散射的能量是分开检测的。

X射线荧光光谱分析原理

X射线荧光光谱分析原理

一 X射线荧光光谱分析原理利用初级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)。

当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位,原子内层电子重新配位,较外层的电子跃迁到内层电子空位,并同时放射出次级X射线光子,此即X射线荧光。

较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差,因此,X射线荧光的波长对不同元素是特征的。

根据色散方式不同,X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。

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。

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,用水和油同时冷却。

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置上测得不同波长的X射线而作元素的定性分析。

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。

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。

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射线荧光光谱(XRF)分析

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射线荧光分析技术

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射线荧光光谱分析基本原理

X射线荧光光谱分析基本原理

X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、分光技术和半导体探测器技术的改进,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。

1.1 X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1-1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Kα射线,由M层跃迁到K 层辐射的X射线叫Kβ射线……。

同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图1-2)。

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=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等。

X荧光光谱分析仪工作原理

X荧光光谱分析仪工作原理

X荧光光谱分析仪工作原理用X射线照射试样时,试样可以被激发出各种波长的荧光X射线,需要把混合的X射线按波长(或能量)分开,分别测量不同波长(或能量)的X射线的强度,以进行定性和定量分析,为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。

由于X光具有一定波长,同时又有一定能量,因此,X射线荧光光谱仪有两种基本类型:波长色散型和能量色散型。

下图是这两类仪器的原理图。

现将两种类型X射线光谱仪的主要部件及工作原理叙述如下:1、 X射线管两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。

上图是X射线管的结构示意图。

灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩内,灯丝和靶极之间加高压(一般为40KV),灯丝发射的电子经高压电场加速撞击在靶极上,产生X射线.X 射线管产生的一次X射线,作为激发X射线荧光的辐射源。

只有当一次X射线的波长稍短于受激元素吸收限lmin时,才能有效的激发出X射线荧光。

大于lmin 的一次X射线其能量不足以使受激元素激发。

X射线管的靶材和管工作电压决定了能有效激发受激元素的那部分一次X射线的强度。

管工作电压升高,短波长一次X射线比例增加,故产生的荧光X射线的强度也增强。

但并不是说管工作电压越高越好,因为入射X射线的荧光激发效率与其波长有关,越靠近被测元素吸收限波长,激发效率越高。

X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上,激发出样品元素的特征X射线,正常工作时,X射线管所消耗功率的0。

2%左右转变为X射线辐射,其余均变为热能使X射线管升温,因此必须不断的通冷却水冷却靶电极。

2 分光系统分光系统的主要部件是晶体分光器,它的作用是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开.根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ,当波长为λ的X射线以θ角射到晶体,如果晶面间距为d,则在出射角为θ的方向,可以观测到波长为λ=2dsin θ的一级衍射及波长为λ/2, λ/3---——等高级衍射。

改变θ角,可以观测到另外波长的X射线,因而使不同波长的X射线可以分开.http://www.ieeye。

X荧光光谱法(XRF)

X荧光光谱法(XRF)
X荧光光谱法(XRF)
利用能量足够高的X射线 (或电子)照射试样,激发出来的 光叫X射线荧光.利用分光计分析 X射线荧光光谱,鉴定样品的化学 成分称为X射线荧光分析.
X射线荧光分析原理
当样品中元素的原子受到高能X射线照 射时,即发射出具有一定特征的X射线谱, 特征谱线的波长只与元素的原子序数(Z) 有关,而与激发X射线的能量无关.谱线的 强度和元素含量的多少有关,所以测定谱 线的波长,就可知道试样中包含什么元素, 测定谱线的强度,就可知道该元素的含量.
定性分析的步骤
谱图解析: 1)除掉靶发射的所有X射线 2)查找

K( 49In以下元素)或L( 50 Sn以上元素)与标样相应谱线的2 对比,进行初步判定
3)若存在 K 或L 谱线 ,则需进行强度比的计算以 确定该元素的存在. 4)微量元素,有时只存在 K 线.
定量分析
因为X射线荧光分析得到的是相对分 析值,所以进行定量分析时需要标样.选 定分光晶体和检测器,统计测量样品发出 的X射线荧光的强度,将已知含量的标准 样品和未知样品在同一条件下测定,确定 未知样品的含量.

受能 每 激量 一 原的 次 子释 的 的放 跃 二, 迁 次从 都 而伴 射形 随 线成 有 。

X
X

在当今众多的元素分析技术中,X射线荧光技术是 一种应用较早,且至今仍广泛应用的多元素分析 技术。

曾经成功的解决了:矿石中Nb和Ta,Zr和Hf及单个稀土 元素(REE)的测定问题;地质与无机材料分析中工作 量最大,最繁重,最耗时的主次量组分快速全分析的难 题;以及高精度,海量地球化学数据的获取问题等等。
定性分析
基本原理:试样发出的X荧光射线波长 与元素的原子序数存在一定关系,即 元素的原子序数增加,X射线荧光的波 长变短,关系式为 1 1 ( ) 2 K (Z S )

X射线荧光光谱分析的基本原理

X射线荧光光谱分析的基本原理

X射线荧光光谱分析的基本原理X射线荧光光谱是一种用于材料表面成分分析的非破坏性技术。

它基于物质被X射线激发后产生荧光的原理进行分析。

X射线荧光光谱分析具有高灵敏度、高准确性、广泛适用性等优点,被广泛应用于材料科学、地质学、环境科学和考古学等领域。

1.原子结构:原子由原子核和围绕核运动的电子组成。

原子核由质子和中子组成,电子在不同能级上运动。

2.能级跃迁:X射线荧光光谱分析的本质是利用X射线激发原子的内层电子,使其跃迁到更高的能级。

当激发源产生高能量的X射线,并且与样品发生相互作用时,部分能量将被吸收,使内层电子被激发起跃迁。

3.荧光:当内层电子被激发到较高能级后,它们不会一直保持在这个状态,而是经过一段时间后重新回到基态,释放出余下的能量。

这个能量以X射线或光子的形式被释放出来,称为荧光。

4.元素特征:不同元素的原子结构、电子能级以及荧光特性都是独特的,可以用于确定样品中的元素及其含量。

5.荧光分析:荧光由不同能级上的电子返回基态时产生,其能量正比于电子从高能级到低能级的能量差。

通过测量荧光的能量,可以确定样品中存在的元素及其含量。

6.X射线源:X射线荧光光谱分析需要一个高能量的X射线源来激发样品。

通常使用X射线管或放射性同位素作为X射线源。

7.检测系统:X射线荧光光谱分析需要一个检测系统来测量荧光的能量。

常用的检测系统包括电子学谱仪和晶体谱仪等。

8.分析流程:X射线荧光光谱分析的一般流程包括样品的制备、X射线源的选择和调节、荧光的收集和测量、数据的处理和分析。

X射线荧光光谱分析是一种快速、准确的元素分析方法。

它可以同时分析多种元素并确定其含量,适用于大多数材料,包括固体、液体和气体。

X射线荧光光谱分析在科学研究、工业生产和质量控制等领域具有重要的应用价值。

X射线荧光光谱仪的基本原理及应用

X射线荧光光谱仪的基本原理及应用
不需要使用分光晶体,仪器造价 低,价格便宜
所有元素的最大计数率不超过 20000 计数/秒,仪器灵敏度差
高能端(Ag/Sn/Sb K系光谱),能量色散分辨率优于波长色散 中能端(Fe/Mn/Cr K系光谱),分辨率相同 低能端 (Na/Mg/Al/Si K系光谱),能量色散分辨率不如波长散射
3.2 定性与定量分析——半定量分析
半定量分析样品过程:
o 对未知样进行全程扫描 o 对扫描谱图进行Search and Match(包括谱峰的识别, 背景扣除,谱峰净强度计算,谱峰的匹配) o 输入未知样的有关信息 (金属或氧化物;液体,粉末压 片或熔融片;已知浓度组分的输入;是否归一) o 进行半定量分析
光电吸收,非相干散射,气体电离 和产生闪光等现象,以一定的能量 和动量为特征;
E=h , =c /
微粒性
能量、电离、光电吸 收、非相干散射
能量色散X荧光分析
能量单位:eV
同一切微观粒子一样,X射线也具有波动和微粒的 双重性;无论是测量能量还是波长,都可以实现对相应 元素的分析,其效果是一样的。
在停机状态时使用,保护光管免受粉尘污染,还可避免检 1000um Pb 测器的消耗。
2.3 准直器
准直器由一组薄片组成,目的是使从样品发出的X射线以平行 光束的形式照射到晶体。薄片之间的距离越小,越容易形成平 行光,产生的谱线峰形也更锐利,更容易与附近的谱线区分。
准直器以薄片间距来分类
薄片间距
4
一、基础理论与知识
X射Байду номын сангаас荧光的产生
碰撞
内层电子跃迁↑
空位
X射线荧光
外层电子跃迁↓
一、基础理论与知识
X射线荧光分析的分类

X荧光光谱仪(XRF)的基本原理

X荧光光谱仪(XRF)的基本原理

X荧光光谱仪是根据X射线荧光光谱的分析方法配置的多通道X射线荧光光谱仪,它能够分析固体或粉状样品中各种元素的成分含量。

X射线荧光(XRF)能够测定周期表中多达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,而且要分析的样品必须是在真空(4~5pa)环境下才能测定。

X荧光光谱仪(XRF)由激发源(X射线管)和探测系统构成。

X射线管通过产生入射X射线(一次X射线),来激发被测样品。

受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线,并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。

探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。

然后,仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。

元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁,同时发射出具有一定特殊性波长的X射线,因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类,这就是荧光X 射线定性分析的基础。

此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析。

近年来,X荧光光谱分析在各行业应用范围不断拓展,广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域,特别是在RoHS检测领域应用得zui多也zui广泛,是一种中型、经济、高性能的波长色散X射线光谱仪。

X荧光光谱仪具有以下优点:a)分析速度高。

测定用的时间与测定精密度有关,但一般都很短,2~5分钟就可以测完样品中的全部待测元素。

b)X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关,而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。

大多数分析元素均可用其进行分析,可分析固体、粉末、熔珠、液体等样品,分析范围为Be到U。

(气体密封在容器内也可分析)但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。

特别是在超软X射线范围内,这种效应更为显著。

x射线荧光光谱

x射线荧光光谱

X射线荧光光谱什么是X射线荧光光谱?X射线荧光光谱(X-Ray Fluorescence Spectroscopy, XRF)是一种用于化学元素定性和定量分析的非破坏性分析技术。

它通过测量样品受到激发后发射的X射线能谱来确定样品中的元素组成和相对含量。

X射线荧光光谱利用X射线与物质相互作用的原理进行分析。

当X射线入射到样品表面时,部分X射线将被物质中的原子激发,导致原子内部的电子跃迁。

当激发的电子回到基态时,会释放出能量,形成荧光X射线。

测量荧光X射线的能谱可以确定样品中存在的化学元素种类和含量。

X射线荧光光谱的应用领域X射线荧光光谱在许多领域中得到了广泛的应用,包括但不限于以下几个方面:1. 金属材料分析X射线荧光光谱可以对金属材料进行化学元素分析,包括金属材料的成分分析、纯度检测和杂质检测等。

通过XRF技术,可以快速准确地确定金属材料中各种元素的含量和配比,从而对金属材料的质量进行评估。

2. 矿石和土壤分析矿石和土壤中含有丰富的化学元素,X射线荧光光谱可以用于分析矿石和土壤样品中元素的组成和含量。

这对于矿石勘探、矿石开采、土壤污染监测等具有重要的意义。

3. 环境监测X射线荧光光谱可以用于环境中有害元素的检测和监测,例如水中重金属离子的检测、空气中微量元素的分析等。

这对于环境保护和环境污染治理具有重要的实际应用价值。

4. 文物保护与考古X射线荧光光谱可以用于文物和古代艺术品的非破坏性分析,帮助鉴别文物的材料成分、年代和地域等信息。

此外,X 射线荧光光谱也可以用于考古学中的样品分析,帮助研究人员了解古代文化和历史。

X射线荧光光谱的仪器和测量方法X射线荧光光谱仪通常由X射线源、样品台、能谱仪和数据处理系统等组成。

其中,X射线源用来产生足够的X射线能量去激发样品,样品台用来放置待测样品,能谱仪用来测量荧光X射线的能谱,数据处理系统用来分析并解释测量结果。

测量方法的基本步骤如下:1.样品准备:样品需要经过预处理,例如固体样品需要制成小颗粒或片状,液体样品需要按一定比例加入载体等。

x射线荧光光谱仪的原理

x射线荧光光谱仪的原理

x射线荧光光谱仪的原理
X射线荧光光谱仪是一种利用X射线荧光原理测定元素含量的仪器。

X射线荧光光谱仪的原理是:当高能X射线照射到物体表面时,可以将X射线能量转换成其他波长的能量,这种能量转换的过程就是X射线荧光的原理。

X射线荧光光谱仪是通过利用X射线荧光原理来测定不同元素的原子核化学成分的仪器。

X射线荧光光谱仪的工作原理如下:在X射线荧光光谱仪中,利用一个高能X射线源(例如氘氟射线灯)将物体表面的X射线照射出来,当X射线照射到物体表面时,与物体表面相互作用,表面上的原子核会产生X射线荧光,也就是说,原子核会将X射线的能量转换成一定波长的能量,这种能量转换的过程就是X射线荧光的原理。

X射线荧光光谱仪通过检测X射线荧光中的不同波长的荧光,可以得到不同元素的原子核化学成分,从而判断出物体中各元素的含量。

X射线荧光光谱仪的检测能力范围广,检测灵敏度高,可以检测出超低浓度的元素,是一种有效的元素分析仪器。

X射线荧光光谱仪通过X射线荧光技术,可以检测出物体中不同元素的原子核化学成分,从而判断出物体中各元素的含量,从而实现对物体的元素分析功能。

X射线荧光
光谱仪的检测范围很广,可以检测出超低浓度的元素,而且检测结果准确可靠,对物体中各种元素的检测都具有较高的精度。

X射线荧光光谱仪是一种先进的元素分析手段,其工作原理是利用X射线能量转换成另一种波长的能量,即X 射线荧光的原理,通过检测X射线荧光中的不同波长的荧光,可以得到不同元素的原子核化学成分,从而判断出物体中各元素的含量。

X射线荧光光谱仪的检测能力范围广、检测灵敏度高,可以检测出超低浓度的元素,是一种有效的元素分析仪器。

xrf原理

xrf原理

xrf原理XRF原理。

X射线荧光光谱分析(X-ray Fluorescence Spectrometry,XRF)是一种广泛应用于材料分析的无损分析技术。

它通过照射样品表面产生X射线,样品吸收X射线后再发射出特征的荧光X射线,通过测量荧光X射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和含量。

XRF原理的核心是荧光X射线的产生和检测,下面将详细介绍XRF的原理及其应用。

XRF原理主要包括激发和检测两个过程。

在激发过程中,X射线管产生高能X射线,照射到样品表面,激发样品中的原子产生荧光X射线。

而在检测过程中,荧光X射线被检测器接收并转换成电信号,然后通过信号处理系统进行能量和强度的测量。

利用X射线的能量和强度,可以确定样品中元素的种类和含量。

XRF原理的应用非常广泛,主要包括金属材料分析、岩矿石分析、环境监测、文物保护等领域。

在金属材料分析中,XRF可以快速准确地测定合金中各种元素的含量,用于质量控制和产品认证。

在岩矿石分析中,XRF可以对矿石样品进行快速分析,确定矿石中各种金属元素的含量,为矿产资源的开发提供重要数据支持。

在环境监测中,XRF可以对土壤、水样等环境样品进行元素分析,用于环境监测和污染治理。

在文物保护中,XRF可以对文物样品进行非破坏性分析,确定文物材料的成分和工艺,为文物保护和修复提供科学依据。

总之,XRF原理作为一种快速、准确、无损的分析技术,已经成为材料分析领域的重要工具,为各种材料的分析和检测提供了有效的手段。

随着科学技术的不断发展,XRF原理在材料分析领域的应用将会更加广泛,为各行业的发展和进步提供强大的支持。

EDXRF原理介绍

EDXRF原理介绍
EDXRF原理介紹
X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,由于原子核引力的作用,需要从其
较外电子层上吸引一个电子来补充,这时原子
处于激发态,其相邻电子层上电子补充到内层
空穴后,本身产生的空穴由其外层上电子再补
充,直至最外层上的电子从空间捕获一个自由
X射线荧光光谱分析的基本原理
产生的就是Kα射线,同样还可以产生
Kβ射线﹐ L系射线等。 在看熒光譜圖
時﹐能看K線就晝用K線﹐并且要判斷某 元素是否存在時光有Ka線還不能說明問
題﹐需要K β或L線系來輔助。
X熒光激發源
为使被测物质产生特征X-射线,即X-荧光, 需要用能量较高的光子源激发。光子源可以是 X-射线,也可以是低能量的γ-射线,还可以是 高能量的加速电子或离子。对于一般的能谱技 术,为了实现激发,常采用下列方法﹕
a. 放射性同位素物质具有连续发出低能γ-射 线的能力,这种能力可以用来激发物质的X荧光。 用于源激发使用的放射性同位素主要是: 55Fe (铁)、109Cd(镉)、241Am(镅)、244Cm (锔) 等 .
X熒光激發源
源激发具有单色性好,信噪比高,体积小,重 量轻的特点,可制造成便携式或简易式仪器。但 是源激发功率低,荧光强度低,测量灵敏度较低。 另一方面,一种放射性同位素源的能量分布较为 狭窄,仅能有效分析少量元素,因此,有时将两 种甚至三种不同的放射性同位素源混合使用,以 分析更多的元素。
X-射线荧光能谱
另一项技术是首先使用探测器接收所 有不同能量的X-荧光,通过探测器转变 成电脉冲信号,经前置放大后,用多道 脉冲高度分析器(MPHA)进行信号处理, 得到不同能量X-荧光的强度分布谱图, 即能量色散光谱,简称X-荧光能谱。

X射线荧光光谱分析基本原理

X射线荧光光谱分析基本原理

X射线荧光光谱分析基本原理X射线荧光光谱分析的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后会发射出特定能量的荧光X射线的特性。

当样品受到高能X射线的照射后,X射线与样品中的原子发生作用,激发其内层电子跃迁到高能级。

随后,被激发的电子会在极短的时间内回到基态,释放出荧光X射线。

荧光X射线的能量特征与被激发电子原先所处的能级差有关,因此不同的元素会产生特定的荧光X射线能量。

X射线荧光光谱分析仪通常包括一个X射线源和一个能量分辨的固态探测器。

X射线源产生高能X射线,其中一部分照射到待测样品上。

样品吸收部分入射X射线,并发射出对应的荧光X射线。

这些荧光X射线通过X射线波长选择装置进入探测器。

探测器中的固态探测器一般采用晶体材料,如硅或锗。

当荧光X射线入射到探测器上时,它们会激发探测器内的电子。

被激发的电子跃迁到高能级,产生能电离状态。

这些能电离态会衰变为基态,同时释放出能量。

这些能量从探测器输出的电流信号中测量。

在X射线荧光光谱分析中,探测器的信号输出被称为光谱。

光谱通过能量分辨设备进行解析,以区分不同元素荧光X射线的能量。

光子能量的分辨率取决于探测器的性能和实验条件。

较好的分辨率可以提高元素的分辨能力,从而提高分析结果的准确性和灵敏度。

为了提高分析的准确性和可靠性,常常需要校正仪器。

仪器校正通常包括两个步骤:能量刻度和反漂移校正。

能量刻度通过使用标准荧光样品,如硅,来确定能量与能量峰位置之间的关系。

反漂移校正用于校正由于时间和温度变化引起的仪器漂移。

X射线荧光光谱分析广泛应用于不同领域的科学研究和工业控制中。

它可用于分析材料的元素组成、碳氢含量、表面产物分析、杜仲树环境激病生理机制分析等等。

它还可以用于分析矿石、矿渣和环境样品中的重金属含量,用于质量控制、研发和材料鉴定等。

综上所述,X射线荧光光谱分析是一种常用的非破坏性分析技术,可以用于确定样品中元素的种类和相对含量。

它的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后发射特定能量的荧光X射线。

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X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、分光技术和半导体探测器技术的改进,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。

1.1 X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1-1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Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。

同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图1-2)。

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=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等。

莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:λ=K(Z-s)-2这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数。

而根据量子理论,X射线可以看成由一种量子或光子组成的粒子流,每个光具有的能量为:E=hν=hC/λ式中,E为X射线光子的能量,单位为keV;h为普朗克常数;ν为光波的频率;C为光速。

因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。

此外,C荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析。

1.2 X射线荧光光谱仪用X射线照射试样时,试样可以被激发出各种波长的荧光X射线,需要把混合的X射线按波长(或能量)分开,分别测量不同波长(或能量)的X 射线的强度,以进行定性和定量分析,为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。

由于X光具有一定波长,同时又有一定能量,因此,X射线荧光光谱仪有两种基本类型:波长色散型和能量色散型。

图1-3是这两类仪器的原理图。

现将两种类型X射线光谱仪的主要部件及工作原理叙述如下:X射线管两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。

图1-4是X 射线管的结构示意图。

灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩内,灯丝和靶极之间加高压(一般为50kV),灯丝发射的电子经高压电场加速撞击在靶极上,产生X射线。

X射线管产生的一次X射线,作为激发X射线荧光的辐射源,其短波限0λ与高压U之间具有以下简单的关系λ0(nm)=1.23984÷U只有当一次X射线的波长稍短于受激元素吸收限lmin时,才能有效的激发出X射线荧光。

大于lmin的一次X射线其能量不足以使受激元素激发。

X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上,激发出样品元素的特征X 射线,正常工作时,X射线管所消耗功率的0.2%左右转变为X射线辐射,其余均变为热能使X射线管升温,因此必须不断的通冷却水冷却靶电极。

分光系统分光系统的主要部件是晶体分光器,它的作用是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开。

根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ,当波长为λ的X射线以θ角射到晶体,如果晶面间距为d,则在出射角为θ的方向,可以观测到波长为λ=2dsinθ的一级衍射及波长为λ/2, λ/3----- 等高级衍射。

改变θ角,可以观测到另外波长的X射线,因而使不同波长的X 射线可以分开。

分光晶休靠一个晶体旋转机构带动。

因为试样位置是固定的,为了检测到波长为λ的荧光X射线,分光晶体转动θ角,检测器必须转动2θ角。

也就是说,一定的2θ角对应一定波长的X射线,连续转动分光晶体和检测器,就可以接收到不同波长的荧光X射线见(图1-5)。

一种晶体具有一定的晶面间距,因而有一定的应用范围,目前的X射线荧光光谱仪备有不同晶面间距的晶体,用来分析不同范围的元素。

上述分光系统是依靠分光晶体和检测器的转动,使不同波长的特征X射线接顺序被检测,这种光谱仪称为顺序型光谱仪。

另外还有一类光谱仪分光晶体是固定的,混合X射线经过分光晶体后,在不同方向衍射,如果在这些方向上安装检测器,就可以检测到这些X射线。

这种同时检测多种波长X 射线的光谱仪称为同时型光谱仪,同时型光谱仪没有转动机构,因而性能稳定,但检测器通道不能太多,适合于固定元素的测定。

此外,还有的光谱仪的分光晶体不用平面晶体,而用弯曲晶体,所用的晶体点阵面被弯曲成曲率半径为2R的圆弧形,同时晶体的入射表面研磨成曲率半径为R的圆弧,第一狭缝,第二狭缝和分光晶体放置在半径为R的圆周上,使晶体表面与圆周相切,两狭缝到晶体的距离相等(见图1-6),用几何法可以证明,当X射线从第一狭缝射向弯曲晶体各点时,它们与点阵平面的夹角都相同,且反射光束又重新会聚于第二狭缝处。

因为对反射光有会聚作用,因此这种分光器称为聚焦法分光器,以R为半径的圆称为聚焦圆或罗兰圆。

当分光晶体绕聚焦圆圆心转动到不同位置时,得到不同的掠射角θ,检测器就检测到不同波长的X射线。

当然,第二狭缝和检测器也必须作相应转动,而且转动速度是晶体速度的两倍。

聚焦法分光的最大优点是荧光X射线损失少,检测灵敏度高。

检测记录系统X射线荧光光谱仪用的检测器有流气正比计数器和闪烁计数器。

(图1-7)是流气正比计数器结构示意图。

它主要由金属圆筒负极和芯线正极组成,筒内充氩(90%)和甲烷(10%)的混合气体,X射线射入管内,使Ar 原子电离,生成的Ar+在向阴极运动时,又引起其它Ar原子电离,雪崩式电离的结果,产生一脉冲信号,脉冲幅度与X射线能量成正比。

所以这种计数器叫正比计数器,为了保证计数器内所充气体浓度不变,气体一直是保持流动状态的。

流气正比计数器适用于轻元素的检测。

另外一种检测装置是闪烁计数器(图1-8)。

闪烁计数器由闪烁晶体和光电倍增管组成。

X射线射到晶体后可产生光,再由光电倍增管放大,得到脉冲信号。

闪烁计数器适用于重元素的检测。

除上述两种检测器外,还有半导体探测器,半导体探测器是用于能量色散型X射线的检测(见下节)。

这样,由X光激发产生的荧光X射线,经晶体分光后,由检测器检测,即得2θ-荧光X射线强度关系曲线,即荧光X射线谱图,图1-9是一种合金钢的荧光X射线谱。

能量色散谱仪以上介绍的是利用分光晶体将不同波长的荧光X射线分开并检测,得到荧光X射线光谱。

能量色散谱仪是利用荧光X射线具有不同能量的特点,将其分开并检测,不必使用分光晶体,而是依靠半导体探测器来完成。

这种半导体探测器有锂漂移硅探测器,锂漂移锗探测器,高能锗探测器、Si-PIN光电二极管探测器(图1-10)等。

早期的半导体探测器需要利用液氮制冷,随着技术的进步,新型的探测器利用半导体制冷技术代替了笨重的液氮罐,只有大拇指般粗细。

X光子射到探测器后形成一定数量的电子-空穴对,电子-空穴对在电场作用下形成电脉冲,脉冲幅度与X光子的能量成正比。

在一段时间内,来自试样的荧光X射线依次被半导体探测器检测,得到一系列幅度与光子能量成正比的脉冲,经放大器放大后送到多道脉冲分析器(通常要1000道以上)。

按脉冲幅度的大小分别统计脉冲数,脉冲幅度可以用X 光子的能量标度,从而得到计数率随光子能量变化的分布曲线,即X光能谱图(图1-11)。

能谱图经计算机进行校正,然后显示出来,其形状与波谱类似,只是横座标是光子的能量。

图1-11 用放射性同位素fe55照射Si-PIN探测器得出的谱图图1-12 典型的多元素谱图能量色散的最大优点是可以同时测定样品中几乎所有的元素(图1-12)。

因此,分析速度快。

另一方面,由于能谱仪对X射线的总检测效率比波谱高,因此可以使用小功率X光管激发荧光X射线。

另外,能谱仪没有波谱仪那么复杂的机械机构,因而工作稳定,仪器体积也小。

从现在的发展趋势来看,能谱仪已经逐渐在各个领域替代波谱仪。

定性定量分析方法样品制备进行X射线荧光光谱分析的样品,可以是固态,也可以是水溶液。

无论什么样品,样品制备的情况对测定误差影响很大。

对金属样品要注意成份偏析产生的误差;化学组成相同,热处理过程不同的样品,得到的计数率也不同;成份不均匀的金属试样要重熔,快速冷却后车成圆片;对表面不平的样品要打磨抛光;对于粉末样品,要研磨至300目-400目,然后压成圆片,也可以放入样品槽中测定。

对于固体样品如果不能得到均匀平整的表面,则可以把试样用酸溶解,再沉淀成盐类进行测定。

对于液态样品可以滴在滤纸上,用红外灯蒸干水份后测定,也可以密封在样品槽中。

总之,所测样品不能含有水、油和挥发性成份,更不能含有腐蚀性溶剂。

如果不能破坏待测样品,而该待测样品的表面又不平整(比如说贵金属首饰),利用天瑞公司独有的修正算法测量及计算,也可以达到令人满意的效果。

定性分析不同元素的荧光X射线具有各自的特定波长或能量,因此根据荧光X射线的波长或能量可以确定元素的组成。

如果是波长色散型光谱仪,对于一定晶面间距的晶体,由检测器转动的2θ角可以求出X射线的波长λ,从而确定元素成份。

对于能量色散型光谱仪,可以由通道来判别能量,从而确定是何种元素及成份。

事实上,在定性分析时,可以靠天瑞公司的自动定性识别算法自动识别谱线,给出定性结果。

但是如果元素含量过低或存在元素间的谱线干扰时,仍需人工鉴别。

首先识别出X光管靶材的特征X射线和强峰的伴随线,然后根据能量标注剩余谱线。

在分析未知谱线时,要同时考虑到样品的来源,性质等因素,以便综合判断。

含量定量分析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Ii与试样中该元素的含量Ci成正比:Ii=Is*Ci式中,Is为Ci=100%时,该元素的荧光X射线的强度。

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