X荧光光谱仪的原理
x荧光光谱仪的原理
x荧光光谱仪的原理
X荧光光谱仪的原理是基于X射线荧光（XRF）分析的。
当样品受到X射线激发后，原子中的电子会被激发到高能态。
当这些电子回到低能态时，会释放出X荧光，即X射线。
通过测量这些X射线的能量和强度，可以确定样品中元素的种类和浓度。
具体来说，X荧光光谱仪的工作流程如下：
1.X射线管产生入射X射线（一次X射线），激发被测样品。
2.样品中的原子吸收X射线能量后，内层电子被激发跃迁至高能态。
3.随后，高能态的电子通过发射荧光（二次X射线）回到低能态，同时释放
出X荧光。
4.探测器检测这些X荧光，并通过分析系统确定元素的种类和浓度。
因此，通过测量X荧光光谱仪的特定波长和能量，可以确定样品中不同元素的种类和含量，进而用于各种元素分析。
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.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.笥？SPAN lang=EN-US〉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。
x射线荧光仪原理
x射线荧光仪原理
X射线荧光仪是一种常用的分析仪器，它基于物质主要由原子构成的特性。
其原理为通过X射线的激发，使样品中的原子
发射出特定能量的荧光X射线，进而分析样品的组成和结构。
X射线荧光仪主要由X射线发生器、样品台、荧光探测器和
信号处理系统等组成。
发生器产生高能的X射线束，照射到
样品表面；当X射线束与样品相互作用时，样品中的原子会
吸收部分X射线的能量，产生电离和激发；受到激发的原子
会退回到基态，并放出能量等于激发过程中吸收的能量差的荧光X射线。
这些荧光X射线的能量与样品中的原子种类和数
量有关，因此可以通过测量荧光X射线的能谱，进一步分析
样品的成分。
荧光探测器常用的有固态探测器和比较常用的光电倍增管探测器。
这些探测器能够测量荧光X射线的能量和产生的荧光光
子数量，将荧光信号转化为电信号。
信号处理系统对这些电信号进行放大、整形和测量，最终得到荧光X射线的能谱图。
通过对荧光X射线能谱的分析，可以得到样品中各种元素的
含量和其相对比例的信息。
这种分析方法无需破坏样品，且对多种材料适用，广泛应用于材料科学、环境监测、地质学、医学等领域。
总结来说，X射线荧光仪通过激发样品中的原子，使其产生特定能量的荧光X射线，再通过测量荧光X射线的能谱分析样
品的成分和结构。
这种分析方法非常重要，并在科学研究和工业应用中发挥着重要作用。
x射线荧光光谱法的基本原理
x射线荧光光谱法的基本原理宝子，今天咱们来唠唠一个超酷的东西——X射线荧光光谱法。
这名字听起来是不是有点高大上，还有点神秘兮兮的呢？其实呀，它的原理就像一场奇妙的微观世界里的灯光秀。
咱先来说说X射线是个啥。
你可以把X射线想象成一种超级厉害的光线，它的能量可高了，就像一个精力超级充沛的小超人。
这种光线能够穿透好多东西呢，就像它有穿墙术一样。
那X射线荧光光谱法呢，就是利用这个厉害的X射线去和物质打交道。
当我们把X射线照射到一个样品上的时候，就像给这个样品来了一场特别的光照派对。
样品里的原子啊，就像一群小居民，它们平时安安静静地待在自己的小世界里。
但是这个X 射线一来，就像来了一个超级刺激的访客，原子里的电子就被这个X射线打扰啦。
原子里面的电子是分层住的，就像住在公寓里不同楼层一样。
内层的电子呢，被X射线这么一刺激，就像被吵醒的小懒虫，一下子变得特别兴奋，然后就有可能从自己住的内层跑到外层去。
可是外层已经有电子住着了呀，这就像突然来了个不速之客要抢房间一样。
于是呢，外层的电子就不乐意了，就会从这个多出来的状态回到自己原来该在的内层。
这个时候啊，就会发生一件特别神奇的事情。
当外层电子回到内层的时候，就像一个小能量球在释放能量，这个能量就以X射线荧光的形式发射出来啦。
而且不同的元素，就像不同性格的小居民，它们发射出来的X射线荧光的能量是不一样的。
这就好像每个人都有自己独特的声音一样，每个元素也有自己独特的X射线荧光能量。
我们的仪器就像一个超级灵敏的耳朵，它能够捕捉到这些不同能量的X射线荧光。
然后通过分析这些X射线荧光的能量大小，就能知道这个样品里都有哪些元素啦。
是不是很神奇呢？就像通过每个人独特的声音就能知道是谁在说话一样。
再说说这个X射线荧光光谱法的好处吧。
它就像一个超级侦探，能够快速地检测出样品里的元素组成。
而且不需要把样品破坏掉哦，就像我们不需要把一个小盒子拆开就能知道里面装了什么东西一样。
这对于那些珍贵的样品或者我们想要保持原样的东西来说，简直太友好了。
X射线荧光光谱仪基本原理及应用
能量色散型
能量色散谱仪
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。
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。
人类的第一
1912年，劳厄等人首次对铜晶体做了射线的衍射实验，实验证明了X射线具有电磁波的 性质。X射线衍射方法成为晶体构造测定的主要方法。
1913年，布拉格父子在对晶体衍射技术的研究时提出了著名的布拉格定律：
2dsiθ nnλ
d为平行原子平面的间距，θ为入射光与晶面之夹角，λ为入射波波长，n为衍射级数。这 个著名的定律同时也奠定了X射线衍射技术的根底。
1916年，德拜和谢乐开展了射线研究晶体 构造的方法，提出粉末衍射法。
1923年，康普顿首次报道了当X射线用几 乎与样品外表平行的小角度入射到理想光滑 平整的样品外表上时，能够出现镜面反射的 特征。入射射线在样品外表发生全反射的前 提是入射角大于或等于临界角〔入射角αi≥ 临界角α0)。X射线被全反射，因此探测到的 信息几乎全部是样品外表薄层的信息，可以 防止来自衬底的干扰信息。
[2] 梁晓勇, 等 . 无标样X射线荧光光谱仪定量分析 研究 . 杭州电子科技大学 , 2021.
[3] 吉昂 . X射线荧光光谱三十年 . 岩矿测试 ， 2021，03 .
谢谢！
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，以进展定性和定 量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。
xrf检测的原理和应用
XRF检测的原理和应用1. 引言X射线荧光光谱仪（X-Ray Fluorescence Spectrometer，简称XRF）是一种用于元素分析的仪器。
它能够通过射入样品的X射线，激发样品中的原子产生特定的荧光辐射，并通过测量荧光辐射来确定样品中各种元素的含量。
本文将介绍XRF 检测的原理和应用。
2. 原理XRF检测的原理基于元素的特征X射线发射和吸收。
当样品受到高能X射线束的照射时，样品中的原子会发生内层电子的跃迁，从而产生特定的X射线发射。
每种元素都有特定的能量和强度的特征X射线发射谱。
通过测量样品荧光辐射的能谱，可以确定样品中各种元素的存在及其含量。
XRF检测可以分为荧光光谱测量和荧光辐射谱峰分析两个步骤。
在荧光光谱测量中，X射线荧光光谱仪测量样品放射出的荧光光谱，获得荧光峰。
然后，在荧光辐射谱峰分析中，根据荧光峰的能量和强度，通过谱峰拟合算法计算出样品中各种元素的含量。
3. 应用3.1 金属材料分析XRF检测在金属材料分析中有广泛的应用。
它可以用于检测金属材料中的成分和杂质元素，以确定其质量和合格性。
通过XRF检测，可以快速准确地确定金属材料中各种元素的含量，并对材料进行分类和鉴定。
3.2 地质和矿石分析XRF检测在地质和矿石分析中也具有重要的应用价值。
地质样品中的元素含量是研究地壳构造和地质过程的重要依据。
XRF检测可以用于测量岩石、矿石、矿物和土壤中各种元素的含量，用于地质勘探、矿产资源评价和环境监测等领域。
3.3 环境监测XRF检测在环境监测中起着重要的作用。
它可以检测土壤、水和空气中的有毒元素和污染物，如重金属、有机污染物等。
通过对环境样品的XRF检测，可以快速获得样品中各种元素的含量，评估环境污染程度，并为环境保护提供科学依据。
3.4 文物保护XRF检测在文物保护中也有广泛应用。
文物材料中的元素含量可以提供文物起源、制作工艺和保存状态等信息。
通过对文物样品的XRF检测，可以非破坏地分析元素的含量，判定文物的真伪和年代，并为文物的保护修复提供科学指导。
X射线荧光光谱分析的基本原理
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岀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，所逐岀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，而是以辐射形式放岀，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 给岀了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。
K层电子被逐岀后，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 a射线，由M层跃迁到K层辐射的X射线叫K B 射线……。
同样丄层电子被逐岀可以产生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AE释放岀来，且△ E=EK-EL，这个能量是以X射线形式释放，产生的就是K a射线，同样还可以产生K B射线，L系射线等。
莫斯莱(H.G.Moseley)发现，荧光X射线的波长入与元素的原子序数Z有关，其数学关系如下：入=K(Z-s)-2这就是莫斯莱定律，式中K和S是常数，因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的基当一束光或电磁波照射到物质上时，光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。
在通常的状态下，物质中这些微粒处于基态，吸收一定频率的辐射后，由基态跃迁到激发态，这个过程称为辐射的吸收。
处于激发态的微粒是十分不稳定的，大约过10-8—10-9秒，便以辐射的形式释放出多余的能量，重新回到基态，这个过程称为辐射的发射。
波长色散x射线荧光光谱仪工作原理
波长色散x射线荧光光谱仪工作原理波长色散X射线荧光光谱仪（WDXRF）是一种常用的分析仪器，广泛应用于材料科学、地质学、环境保护等领域，用于元素分析和组分分析。
它的工作原理基于X射线与样品相互作用后产生的荧光辐射，通过波长色散技术实现光谱分析。
WDXRF光谱仪主要由射线源、样品支架、能谱仪（色散器）、荧光探测器组成。
其中射线源是由X射线管产生的，通常采用连续或称为白线辐射的X射线。
样品支架用于固定样品，并确保样品与射线之间的准直关系。
当射线源照射在样品上时，样品中的原子会吸收射线并激发到高能级，随后通过荧光放射回到基态。
这些荧光辐射的能量与样品中的元素类型相关，因此通过测量荧光辐射的能谱可以确定样品中的元素组成。
能谱仪（色散器）是WDXRF光谱仪关键的部分，它用于将不同波长的荧光辐射分离开来。
在能谱仪中，通常采用一系列的晶体或多层衍射片来实现波长色散。
这些晶体或衍射片的入射面和出射面都有倾角，使得入射的X射线和出射的荧光辐射有不同的入射角度和出射角度，从而实现波长分离。
具体来说，当荧光辐射通过能谱仪时，不同波长的荧光辐射由于经过晶体或衍射片后入射角度不同，会在晶体或衍射片中发生不同程度的衍射，进而出射角度和波长也会有差别。
通过调整晶体或衍射片的角度，可以选择不同的入射角度和出射角度，从而实现波长的选择性分散。
最后，荧光辐射被聚焦到荧光探测器上进行测量和分析。
荧光探测器通常采用多道光电二极管（PMT）或半导体探测器，可以高效地测量荧光辐射的强度。
将荧光辐射的能谱与已知元素的荧光辐射能谱进行比较，可以确定样品中含有的元素种类和浓度。
总之，波长色散X射线荧光光谱仪通过射线源产生X射线，并将其照射在样品上，样品中的元素吸收射线并发出荧光辐射。
通过波长色散技术将荧光辐射进行分散，最后荧光辐射被探测器测量并分析，从而实现元素分析和组分分析。
X-射线荧光光谱仪基本原理及应用
2.6 X射线荧光光谱的应用
广泛应用于地质、冶金、矿山、电子机械、石油、化工、航空航天 材料、农业、生态环境、建筑材料、商检等领域的材料化学成分分析。
直接分析对象: 固体: 块状样品(规则,不规则)比如:钢铁,有色行业(纯金属或多元合 金等),金饰品等 固体: 线状样品,包括线材,可以直接测量
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；成分不均匀的金属 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 性成分，更不能含有腐蚀性溶剂。
1 基础理论与知识
利用X射线荧光进行元素定性、定量分析工作，需要以下 三方面的理论基础知识：
三大定律
1 莫塞莱定律
2 布拉格定 律
3 朗伯-比尔 定律
莫塞莱定律 (Moseley's law) ，是反映各元素 X 射线特征光谱规律 的实验定律。1913 年H.G.J.莫塞莱研究从铝到金的 38种元素的X射 线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列 的序号成线性关系。 莫塞莱认识到这些X 射线特征光谱是由于内层电子的跃迁产生的， 表明X射线的特征光谱与原子序数是一一对应的，使X荧光分析技术 成为定性分析方法中最可靠的方法之一。
2.5 能量色散谱仪
波长色散x射线荧光光谱仪缩写
波长色散x射线荧光光谱仪缩写一、简介在物理学中，波长色散X射线荧光光谱仪是一种用于分析物质成分的仪器。
其原理是利用物质能级间跃迁所辐射出来的X射线来确定物质的元素组成。
本文将介绍波长色散X射线荧光光谱仪的缩写、工作原理、优缺点以及应用领域。
二、缩写波长色散X射线荧光光谱仪的缩写为WDXRF（Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer）。
三、工作原理波长色散X射线荧光光谱仪中，样品表面受到X射线照射后，其中的原子会被激发到高能级状态。
随后，这些原子会从高能级状态跃迁回到低能级状态，释放出X射线。
这些X射线的波长是由被激发的原子所决定的。
通过检测和记录这些X射线的波长，仪器可以确定样品中所存在的元素类型以及其相对含量。
WDXRF仪器采用单晶体谱仪进行波长分散，能够提供高分辨率和能量分辨率的光谱。
四、优缺点优点：1. WDXRF仪器的分辨率很高，能够对元素在样品中的分布进行检测和测量。
2. 测量结果能够准确、稳定，精度高。
3. 具有高样品通量，能够进行快速、高效的样品分析。
缺点：1. 商用的WDXRF仪器往往比较昂贵。
2. 需要对样品进行制备和处理，样品的准备过程比较复杂。
3. 在进行分析的过程中，由于样品表面受到的X射线照射强度很大，有可能会对样品造成伤害。
五、应用领域WDXRF仪器广泛应用于各个领域，例如地质、环境、化工、宝石、金属、钢铁、半导体、制药等行业。
在这些行业中，WDXRF仪器被用于分析样品中的元素成分、杂质含量、化合物组成以及晶体学分析等方面。
在地球科学研究中，WDXRF仪器可以用于矿物研究和研究矿床的形成过程。
在环境领域中，WDXRF仪器可以用于土壤和水样品的分析。
在钢铁、金属和半导体制造行业中，WDXRF仪器可以用于对材料的成分进行分析和检测。
总之，波长色散X射线荧光光谱仪具有广泛的应用领域和优越的性能，为人们的生产和科研带来了很大的帮助。
X射线荧光光谱仪的基本原理及应用
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射线荧光光谱分析仪ppt课件PPT
加强国际合作，制定统一的法 规和标准，促进市场规范发展
。
感谢您的观看
THANKS
用途
X射线荧光光谱分析仪广泛应用于地质、冶金、石油、化工、 农业、医药、环境等领域，可对各种材料进行元素分析和化 学成分分析，如金属、非金属、矿物、环境样品等。
优缺点分析
优点
X射线荧光光谱分析仪具有快速、准确、非破坏性、多元素同时测定等优点。同 时，该仪器操作简便，可对各种材料进行无损检测，适用于现场分析和大量样品 分析。
食品安全
用于检测食品中的添加剂、农 药残留等。
考古学
用于鉴定文物年代和成分。
生物医学
用于研究生物组织、药物成分 等。
未来发展方向与挑战
智能化与自动化
提高分析仪器的智能化和自动 化水平，减少人为操作误差。
多元素同时分析
发展多元素同时测量的技术， 提高分析效率。
降低成本与维护
降低仪器成本和维护成本，提 高普及率和应用范围。
信号放大器用于放大测量系统输出的 信号，多道分析器用于将信号分道， 计算机和相关软件则用于处理和分析 数据，并输出结果。
数据处理系统通常包括信号放大器、 多道分析器、计算机和相关软件等部 件。
03 X射线荧光光谱分析仪的 应用
元素分析
总结词
X射线荧光光谱分析仪能够准确测定样品中各元素的含量，广泛应用于地质、环保、化工等领域。
环境样品分析
总结词
X射线荧光光谱分析仪能够用于环境样品中污染物的快速检测和定量分析。
详细描述
环境样品中的污染物通常以痕量或超痕量水平存在，X射线荧光光谱分析仪具有高灵敏度和低检测限 的特点，能够准确测定这些污染物元素的含量，为环境监测和污染治理提供有力支持。
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=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,因此,只要测出荧光X射线的波长,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。
当一束光或电磁波照射到物质上时,光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。
在通常的状态下,物质中这些微粒处于基态,吸收一定频率的辐射后,由基态跃迁到激发态,这个过程称为辐射的吸收。
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射线荧光光谱仪原理及应用
无标样分析方法，即不需要标准样品，给出大概 的浓度值，包括了定性分析；
定量分析：使用校准曲线，给出高准确度的浓度 值，适合较大量的日常分析。
如何建立工作曲线： 见建立定量分析方法工作曲
线的操作说明。
6
半定量分析
半定量分析又叫做无标样分析，其基 本思路为：由仪器制造商测量校准样品， 储存强度和校准曲线，然后将数据转到用 户的X射线荧光分析系统中；无标样分析 不是不需要标样，而是标准样品设备本身 带着。其优点是采用了制造商的标样、经 验与知识，包括测量条件，自动谱线识辩， 背景扣除，谱线重叠校正等。
之一、光管老化
4、这时，加在光管上的高压会从 20kV 逐渐升到 50kV（S4 Explorer）或60kV(S4 Pioneer)，整个 升压过程约需1 个小时。1
个小时后，加在光管上的电压回到20kV 5mA，表 明光管老化已完成。
5、再 在 菜 单 中 ， 选 择 “Utilities”， →“XRay Utilities”→“Tube
Conditioning ON/OFF”，结束光管老化过程。
之二 、光谱仪对光 （Spectrometer Alignment）
在以下情况下，仪器需要再次对光： 情况一、仪器的光路部分经过维修，如光谱室内
的分光晶体或计数器的位置被移动了。 情况二、P10 气体更换。一般一瓶10Mpa 的P10
4、仪器的日常保养与维护
之一 光管老化 光管的保护主要来自二个方面：1、当仪
器在测量时，不要突然断电；2、光管老 化，当仪器关机一个星期以上时，在测样 品前，请先做光管老化。光管老化工作由 仪器根据设定的条件自动进行，其具体步 骤如下：
xrf光谱仪原理
xrf光谱仪原理｜XRF基本原理｜X射线荧光光谱（XRF）是一种确定物质中元素的种类和含量的表征手段，又称X射线次级发射光谱分析。
其基本原理如图1，在一定的条件下，当入射X射线将微粒激发至高能态时，为保持整个体系的稳定，高能态的电子会向低能态跃迁，同时辐射出被激发微粒的特征X射线。
而不同微粒被激发产生的特征X射线的能量和波长是不同的，这是确定物质中元素种类和含量的基本依据。
图1 X射线荧光光谱原理示意图图2 常见XRF测试仪器｜XRF基本结构｜XRF分析仪器一般由以下几个部分构成，分别是：X射线发生器、分光检测系统、数据分析系统。
XRFX射线发生器图3 X射线发生器结构示意图XRF分光检测器图4 分光检测器结构示意图XRF数据分析系统现阶段国内外XRF仪器的数据分析软件主要以理论分析模型为基础，最基本的理论有以下几种：■莫塞莱定律(Moseley’s law)反映各元素X射线特征光谱规律的实验定律。
莫塞莱研究从铝到金的38种元素的X射线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。
表明X射线的特征光谱与原子序数是一一对应的，使X荧光分析技术成为定性分析方法中最可靠的方法之一。
■布拉格定律(Bragg’s law)反映晶体衍射基本关系的理论推导定律，1912年英国物理学家布拉格父子（W.H. Bragg和W.L. Bragg）推导出了形式简单，能够说明晶体衍射基本关系的布拉格定律。
此定律是波长色散型X荧光仪的分光原理，使不同元素不同波长的特征x荧光完全分开，使谱线处理工作变得非常简单，降低了仪器检出限。
■比尔-朗伯定律(Beer-Lambert’s law)反映样品吸收状况的定律涉及到理论X射线荧光相对强度的计算问题。
对于X射线荧光分析技术来说，原级射线传入样品的过程中要发生衰减，样品被激发后产生的荧光X射线在传出样品的过程中也要发生衰减，由于质量吸收系数的不同，使得元素强度并不是严格的与元素浓度成正比关系，而是存在一定程度的偏差。
X-射线荧光光谱仪基本原理及应用课件演示教学
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极。
对于任意一种元素，其质量吸收系数随着波长的变化有着一定数量
的突变，当波长（或者说能量）变化到一定值时，吸收的性质发生了明 显变化，即发生突变，发生突变的波长称为吸收限（或称吸收边），在 各个吸收限之间，质量吸收系数随波长的增大而增大。对于X射线荧光 分析技术来说，原级射线传入样品的过程中要发生衰减，样品被激发后 产生的荧光X射线在传出样品的过程中也要发生衰减，由于质量吸收系 数的不同，使得元素强度并不是严格的与元素浓度成正比关系，而是存 在一定程度的偏差。因而需要对此效应进行校正，才能准确的进行定量 分析。
布拉格方程
此式的物理意义在于：规定了X射线在晶体内产生衍射 的必要条件，只有d、θ、λ同时满足布拉格方程时， 晶体才能产生衍射。
比尔-朗伯定律（Berr-Lambert's law）是反应样品吸收状况的定律， 涉及到理论X射线荧光相对强度的计算问题。
当X射线穿过物质时，由于物质产生光电效应、康普顿效应及热效 应等，X射线强度会衰减，表现为改变能量或者改变运动方向，从而使 向入射X射线方向运动的相同能量X射线光子数目减少，这个过程称作吸 收。
2 仪器构造与原理
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑶探测器
X荧光仪共有2个探测器,即流气正比计数器和闪 烁计数器,装在探测器架上,可程控切换.
流气正比计数器
：在工作时有一定量气体流过，气体流量和压力受控保持恒定的，它的入
射窗口是一层很薄的涂有铝的聚丙烯膜，厚度在1微米左右，他大多数用在 测角仪上。我公司9800XP荧光仪使用的窗膜是薄型PEA6，它的厚度是0.6微 米。他是在一个金属圆柱型腔体内沿其中心轴挂有一根金属丝，其直径约 为25—75微米，接高压起阳极作用，金属筒外壳接地做阴极，筒体内充的 是惰性气体，如氩气，并混有淬灭气体甲烷，我公司在测角仪中流气正比 计数器使用的是P10气，它的组成是90%Ar+10%CH4 。X射线光子通过窗膜 射入计数器内作用于惰性气体，就使这些气体原子接受能量后发生电离， 产生电子离子对Ar→Ar++e-,对某一确定的气体而言，如果所有入射的光子都 产生电子离子对，则电子离子对的数目与光子的能量成正比，这时的离子 对只是初级电离，还达不到被有效检测的程度，还需要气体放大或雪崩。 当探测器加以高压在电场的作用下，电子走向阳极丝，而离子走向筒体负 极，当加速电子与其他气体原子碰撞产生二次电离，使带电粒子数有了相 当大的增加，当电子到达离阳极丝只有几个直径的距离时（约100—200微 米），倍增级数加大即Ar原子进一步离子化。在正比计数区，每个初级电子
闪烁计数器
：它有两部分组成：即闪烁材料和光电倍增管。当X射线射入
闪烁材料时会发出可见光，当闪烁晶体发出的可见光射ห้องสมุดไป่ตู้光电 倍增管的光阴极上时，光阴极就发射光电子。光电倍增管是由 一些称作打拿极的阳极和光阴极组成，打拿极以连续增热方式 排列，以相继一级级地加速由光阴极发出的光电子，根据打拿 极 的数 量 和 光 电 倍 增 管使 用 的 高压 ， 在 内部 最 后 可放 大 到 105~106数量级。 闪烁计数器也是正比计数器，它产生的脉冲幅值和入射光子能 量成正比，脉冲强度和光子数成正比。它用于波长较短的X射 线检测。 探测器的稳定性：除了探测器高压和气体流量的不稳定所引起 的测量信号波动外，探测器本身的稳定性取决于阳极丝的清洁。 由于充气的纯度不够或长期使用形成的小颗粒沉积在阳极丝的 表面，使阳极丝的有效直径改变，导致局部电场破坏，改变气 体放大增益，使测定数据波动。
b、晶体
:晶体交换器上可放9块晶体,可程控选择,我公司的荧光
仪有4块,分别是AXO6 、PET 、Lif200、 Lif220。晶体 是指内部结构中的分子、原子和离子，都有规律地在 三维空间成周期性排列，而组成一定形式的晶格所组 成的一种物质，在外形上，晶体表现为一定形状的几 何多面体，组成这种几何多面体的平面称晶面。晶体 都具有一定的对称性，而且是一种均一的各向异性体。 。
衍射道的结构
X射线 X光管 衍射光 二次准直器 平行光 初级准直器 衍射光 晶体 准直器 样品
探测器
总之，X射线荧光分析（XRF）是用来测定样品中的元素组 成，即完成元素分析；而X射线衍射分析(XRD) 是用来测定样 品中的化合物，即完成物相分析。 所有XRF和XRD光谱仪测量的都是强度.仪器只有经过标准 物质校准后才能求得浓度,需要强调的是XRF光亮计是一种非常 准确的比较器,但最终的分析准确度,完全取决于用于校准物质 的质量. 强度浓度关系通常是线性关系,但在某些情况下二次曲线也 可使用,实际上,元素的强度不仅是其浓度的函数,还受到来自诸 如谱线重叠,吸收增强效应(基本干扰),颗粒度影响和矿物效应等 干扰.
a、准直器
：准直器分为入射和出射两种，入射准直器交换器上可放4个，
可程控选择，我公司的荧光仪有3个：细准直器（0.15°）,中 粗准直器0.25°,粗准直器0.6°。轻元素由于荧光产额低选粗准 直器,重元素谱线复杂选细准直器,出射准器仅一个装在探测器 上。 准直器又称索拉狭缝(Soller Slit)是由平行的薄金属片组成,它的 作用是使从样品来的次级射线经入射准直器后成为平行光束射 入平行晶体,然后经分光后再通过出射准直器准直后射入探测器 检测.
2、其结构
X射线 X光管 行光 晶体 样品 次级准直器 X荧光 初级准直器 探测器 平
分步说明
⑴X光管：
工作时灯丝通电加热，阴极受热发射电子， 因在阴极和阳极内加有高压，产生的电子就 被加速向阳极奔去，最后以高速撞击阳极， 阳极就发射初级X射线，在撞击过程中极大部 分电子动能转化成热能，只有约不到1%的动 能转化成X射线，因此阳极靶的温度非常高， 必须用水冷却。
1、X射线荧光光谱仪的基本原理
：被测试样进入光谱仪后，受到来自X光管发出的X射线光束
激发，产生X荧光，X射线荧光是指用X射线管或其它合适的辐 射源照射物质时，使组成物质的原子产生具有特征性的一种次 级X射线，X光管发射的光谱是有靶材元素（Rh铑）的特征谱 和连续谱（或称白色辐射）所组成，来自样品的辐射是由X光 管光谱和样品中各元素的特征谱所组成的混合光，这种混合光 被引入测角仪所组成的色散系统分光，分光后所得的谱线和被 测样品中存在的元素有关。
⑵色散系统
初级X射线照射样品后，样品会发出由各组成元素生成的混杂 在一起的多色次级X射线，色散系统的任务就是要将某一待测 元素从上述混杂线中分离出来，送入探测器检测。 单道扫描型波长色散X荧光光谱仪是采用平行光结构，它的分 光元件（准直器和平面晶体），以及探测器都安装在测角仪装 置上，试样位置不变，测定时，晶体和探测器分别对来自试样 的次级射线作θ和2θ的相对运动，这时所需检测的谱线就被分离 出来，并被检出。 单道扫描型仪器在测定时是一个元素测完后再测一个元素的， 因此测定周期较长，但是它的测定范围很广，只要配置足够的 晶体和探测器，几乎可测定所有元素。
二、X-荧光光谱仪的工作原理及构造
X-荧光光谱仪有两种类型：一种是波长色散型（WDX）， 一种是能量色散型（EDX），我公司使用的是波长色散型，在 WDX中，荧光光谱通过色散元件（如晶体）被分离成不连续的 波段，然后用气体正比计数器或闪烁计数器检测，其主要组成 是X光管、初级准直器、晶体、次级准直器和探测器，及辅助 装置如初级滤光片等。 在分析样品的情况下，当来自X光管的初级X射线和试样作 用后产生以下三种现象：（1）X射线中的光电子被试样中的原 子吸收后，产生X荧光和俄歇效应。（2）X射线被试样中的原 子碰撞后产生相干散射和非相干散射。（3）X射线未被试样原 子吸收也未被试样中的原子碰撞，而是穿透试样继续传播，而 X射线荧光光谱仪测量的就是X荧光。
三、X射线衍射的分析
三、X射线衍射的分析(XRD)系统测量的是经衍射后的来自X
光管发射的某一特定波长,这个特定波长的光是被待测样品中存 在的晶体晶面所衍射,它是用来测定样品中的化合物而完成样品 分析. XRD原理:来自X射线管的原级X射线,经一初级准直器将X光形 成几乎是平行光柱射入试样并被衍射,从试样射出的衍射光进一 步被一个二次准直器准直,射向一个适当的晶体，经衍射后进入 出射准直器，再进入探测器就检测出不同结构的物相。
谢 谢！
晶体衍射和稳定性
具有符合某些条件时晶面才反射X射线，这种选择性反射称为 衍射。 布拉格定律指出：如果在晶面间距为d的晶格面上反射波长为λ 的X射线，那么这个波与相邻平面反射的波在路程上相差 “2dsinθ‘的距离，当这段距离的长度是波长的整数倍时，反射 的X射线被加强，否则它们互相抵消。 布拉格（Bragg）公式 nλ=2dsinθ根据这一公式就可以通过改变 衍射角将多波长X射线中某一特定的波长从其他波长中衍射出 来,达到分光的目的。 晶体的稳定性：由于温度变化时,晶面会膨胀或收缩使2d值改变, 根据Bragg公式在θ角不变时测到的波长发生变化,数据就发生波 动,PET晶体是对温度最敏感的晶体,为了保证数据的稳定提高测 量精度,必须在恒温下进行。
只产生一次雪崩效应，这个经放大后的电荷数仍正比于初级电子 数，也即正比于入射光子数，如果将产生的电子电荷计数就测得了 入射光子的数目（强度）。 在惰性气体中加入淬灭气体（甲烷气）的目的是确保只发生一次 雪崩，在工作时甲烷分子和惰性气体一起电离，然后分布在整个探 测器空间，当雪崩无法控制时，它起到复合作用，影响电子和离子 的重新结合，抑制雪崩的发展。 总之，X射线光子进入探测器后经过初级电离和气体放大，一个 光子能产生许多电子电离对，其中电子向阳极运动、离子向阴极运 动形成电流，最终在电脉冲发生电路上形成电脉冲，探测器输出电 脉冲幅值与入射光子能量成正比，而电脉冲的强度与入射光子的数 目成正比。
X-荧光光谱仪讲座
1、简述X荧光光谱仪的原理和结构？ 2、P10气的作用是什麽？
X-荧光光谱仪原理和结构
一、简介
X射线荧光（XRF）能用于测定周期表中多达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，而要分析的样品必须经受在真空（4~5Pa）环境下测定，与其 他分析技术相比，XRF具有分析速度快，稳定性和精密度好以及动态范围宽 等优点。 扫描式X射线荧光仪安装的是具有很大测定灵活性的测角仪，只要配备 了必要的分析晶体就能按序分析周期表上多达83个元素。 此外，测角仪还可以使用半定量分析元件如QuantAS，这些软件能快速 分析未知样品，而不需要使用标准参考物质做仪器校准。而我公司 ARL9800XP荧光光谱仪装有一个测角仪（扫描道）和一个衍射道，如果需 要还可以再装14个固定道，它配有12位样品交换器，可以设定自动进样。