X荧光考试复习题

X荧光考试复习题
一、填空
1、根据探测方法的不同，可将X荧光光谱仪分为( )和( )两大类。

波长色散光谱仪(WDX)，能量色散光谱仪(EDX)。

2、布拉格衍射公式为( )，式中n为常数，称为( )；λ为( )。

nλ=2d*sinθ，衍射级数，谱线波长。

3、闪烁探测器适用于测定( )。

中、短波长的X射线。

4、X射线为波长在( )之间的电磁波。

0.1～100埃。

5、WDX光谱仪主要组成部分为( )、( )(入射准直器或入射狭缝、晶体、出射准直器或出射狭缝)和( )。

光管，色散装置，探测器。

6、大部分X荧光光谱仪器仪上装有充气正比探测器，所用气体为P10气，即氩气和甲烷混合气体，其中甲烷用作( )。

猝灭性气体。

7、充气正比探测器通常适用于( )。

中、长波长的X射线。

8、原子受激发产生X射线光子的概率叫( )。

荧光产额。

二、判断题。

1、在X荧光分析中我们用K线测量中到高原子序数的元素。

( ╳ )
2、在波长色散X荧光光谱中，色散装置的核心部件是晶体。

( √ )
3、X荧光仪器间的温度一般要求控制在22±4℃。

( ╳ )
4、布拉格公式nλ=2d*sinθ中，d为晶面距，θ为布拉格衍射角。

( √ )
5、因X荧光分析中背景很大部分可能来源于入射X射线的散射。

然而元素越重散射越少，所以重元素光谱上的背景几乎无大的影响；相反在测量低浓度的轻元素时背景就成为限制因素。

( √ )
6、X荧光仪器间的湿度一般应控制在40%-70%。

( √ )
7、充气正比探测器所用P10气体中氩气的所占的比例为90%，甲烷所占的比例为10%。

( √ )
8、X荧光分析中因为光管上加有高压，故此冷却光管的水应为蒸馏水。

( ╳ )
9、X躬线短波以τ射线为界，长波边与真空紫外线区域相邻。

( √ )
10、对于波长长于3.5埃的X射线来说荧光产额不到0.1，这是X射线法用于长波时的灵敏度固有限制。

( √ )
三、简答题
1、X荧光定性分析的基础是什么？
答：化学元素在受到适当的激发时发射出特征辐射。

2、X荧光进行定量分析的基础是什么？
答：受激引发的特征辐射强度与样品中元素的含量成比例关系。

3、X荧光分析中所用探测器的作用是什么？
答：将X射线转换成一种能量形式，这种能量可在一定的时间内被测量和积分。

4、请列出几种探测器(两种以上)？
答：充气正比探测器、闪烁探测器、半导体探测器。

5、X荧光分析中，脉冲高度选择器的作用是什么？
答：脉冲高度选择器的作用是以能量分离的方式，将适当窄的波长范围与整个波谱分开，以利于检测。

6、点检X荧光真空泵的运转情况包括哪些内容？
答：记录真空泵油位和补加真空泵油；监听真空泵及其后的电磁阀运行时是否有异响、异味发出；真空泵油是否无色清亮。

7、X荧光分析中对所使用的分光晶体有哪些要求：
答：X荧光分析中，色散装置中所用的分析晶体应有好的反射率、色散率，温度效应小，较好的物理性质，小的晶体荧光、异常反射。

8、根据色散系统原理结构，可以将波长色散光谱仪分为哪几类？
答：根据色散系统的原理结构，可以将波长色散光谱仪分为顺序扫描式光谱仪和固定式多道光谱仪两大类。

9、波长色散X荧光光谱仪的组成部分是什么，各部分的作用是什么？
答：波长色散X荧光光谱仪的主要组成部分为：X光管、色散装置和探测器。

各部分的作用是：X 光管作为激发源；色散装置分离出单一波长以供检测；探测器用于检出信号。

10、什么是晶体？
答：晶体可以定义为在三维空间以周期形式排列的原子所组成的固体。

四、问答题
1、请写出X 光管产生X 射线的机理。

答：用电流加热灯丝，在灯丝周围形成高电子密度区，电子在加于阳极和灯丝之间的大电位差作用下，沿阳极聚焦管加速，高速电子打在阳极上，产生X 射线辐射。

2、色散率，即某一晶体晶面最有效分开谱线的能力，色散率取决于哪些因素？
答：晶体的晶面距；布拉格角；衍射级。

关系式如下：
)cos *2/(/θλθd n d d =
3、充气探测器探测X 射线的原理是什么？
答：X 射线光子通过窗口进入探测器，电离惰性气体，电离产生的安始电离子对数目与入射线的能量成正比。

在加于阴极与阳极间的高压作用下，初始电子被加速，与其它的惰性气体原子碰撞，激出电子而本身不被吸收，如此形成一个倍增过程。

最终电子撞击在金属丝上形成一个电压脉冲信号，导入其后的读出装置读出。

4、闪烁探测器探测X 射线的原理是什么？
答：闪烁探测器是先由磷光体(是一种吸收某一波长辐射后，发射出较长波长的物质)把X 射线能量变成 2.5～3.0电子伏特的低能态，再由光电倍增管把波长能量变为电压并放大，然后导入其后的读出装置读出。

5、在开启和加载X 光管电流电压的时候应注意什么？
答：开启光管时，应逐渐给光管加上电压电流，不可加载得过快，尤其是在长时间关闭光管后，要先老化一下光管，于1小时内逐渐加载到常规工作功率，而后进入待机状态或是进行分析。

五、画图题
1、用流程图描述X 荧光光谱仪开机步骤
2、请绘出SUPERQ 测定未知样品的流程。

3、请绘出X 荧光光谱仪的关机步骤。

六、综合题
1、下图是X荧光光谱仪的基本结构图，请写出各部件的名称。

各部件的名称为：1)X光管；2)初级滤光处；3)样品；4)准直器；5)晶体；6)探测器。

2、影响X射线荧光光谱定量分析准确度的主要因素：
仪器长期综合稳定性、仪器分析条件的正确选择、基体校正模式（数学模型、校正方程、高次荧光的忽略简化）的正确性、基体校正的完善性（矿物效应、理论系数的准确性）、标样（制样、数据准确性、适用性如是否基体相似）、计算过程（直线回归、多项式拟合、数值修约）、操作失误（测量条件选择不当），粗心过失、监控样的选择
3、制备X荧光测定样品，一般采用哪几种方法。

各有什么优缺点？
压片法和熔片法。

压片法快速，但有些岩石、矿物类样品即使磨成很细的颗粒，也是不均匀的。

矿物组成复杂，要消除矿物效应和颗粒度效应只能通过熔融或制成溶液。

可用纯氧化物或用标样加添加法制得标样，元素的含量范围可以很大，用理论α系数校正元素间吸收增强效应也很方便，标样还可长期保存。

缺点是消耗试剂，制样时间较长，因稀释降低了强度，背景强度增加，对测痕量元素是不利的。

Sb,As等元素易挥发，影响测定准确度
4、熔片法对于熔剂的基本要求
在一定温度下能将试样很快地完全熔融、熔体流动性好、容易浇铸、形成玻璃体、玻璃体有一定的机械强度、不易破裂、稳定、不易吸水、熔剂中不含待测元素或干扰元素。

5、自制标样的方法？
用现有材料定值、用已有标准添加（添加元素、改善浓度范围）、添加物质（氧化物、盐类、金属）。

6、X荧光分析中金属样品的制备
通常取样后直接用于测定、注意取样能代表总体样品、取样过程中保持表面光洁、不能出现多孔、偏析和夹杂物、成品和半成品金属样品，可用切割法取片。

为保证取样代表性，应从无缺陷部位取3个以上的样品进行测试。

若存在结构效应或样品形状不适合于X射线荧光光谱分析，可再铸或制成溶液。

7、液体样品缺点
液体样品散射背景高，使检测限变差。

如用常规的EDXRF直接测水溶液，达到ppm级检测限需费时30min；
不太适用于低原子序数元素的测定；
液体样品不能抽真空，只能在氦气下测定，强度降低了许多；
液体样杯底部用聚脂膜等材料对低能X 射线吸收很强；
液体在辐照时因受热可能使元素间产生化学反应或产生气泡而使X 射线强度发生变化； 液体样杯所用膜可能因强酸或强碱腐蚀而产生泄漏，污染或损坏仪器 。

8、X 射线的本质和定义
X 射线是由高能量粒子轰击原子所产生的电磁辐射，具有波、粒二象性。

电磁辐射的辐射能是由光子传输的，而光子所取的路径是由波动场引导。

X 射线这种波、粒二象性，可随不同的实验条件表现出来。

显示其波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍射、偏振和相干散射；显示其微粒性有：光电吸收、非相干散射、气体电离和产生闪光等。

9、X 射线光谱
用X 射线管辐照样品，是产生荧光X 射线光谱的常用方法。

X 射线管产生的X 射线光谱，被称作原级X 射线谱，它是由连续谱和特征谱组成。

10、特征谱线特点
各种元素的同名谱系（如同为K 系）激发电位和同名特征光谱的波长，随原子序数的大小而发生变化，与管电压和管电流的大小无关。

对于不同元素的同名谱线，随着原子序数的增加，波长变短。

特征光谱的这些物理现象和特点，由各种元素的原子结构决定。

11、布拉格定律物理意义
如果入射的X 射线具有一定的波长λ,则只有入射角θn 满足下式 ：)cos *2/(/θλθd n d d =的射线,经过晶体衍射后才能得到最大强度的衍射线;如果入射的X 射线具有一定入射方向θ,则只有波长λn 满足布拉格公式的射线, 才能得到最强的衍射线;基于Sin θ的绝对值只能≤1,所以必须≤1,当n=1时，必须≤值,才能得到晶面族衍射。

因此,反射级n 不能大于,故X 射线与晶体相互作用时,所发生的衍射极大值受到一定限制。

从上面所述,可看出X 射线衍射与光学反射是不相同的:(1).光学反射完全是表面作用,而X 射线衍射则深入到晶体内部，其内层原子面也参与反射作用;(2).光学反射可选择任意的入射角,而X 射线的反射则受布拉格定律制约,即必须满足布拉格定律。

12、荧光产额、俄歇效应、俄歇产额、 Coster-Kronig 产额
电子跃迁将导致如下几种情况产生:
–以特征X 射线的形式发射出原子,即产生X 射线荧光,这是辐射跃迁。

–比空穴层主量子数高的壳层上的电子跃迁后,能量不以特征X射线的形式发射出来,而是将另一电子逐出原子,形成具有双空穴的原子,这一电子称作俄歇电子,这就是所谓俄歇效应。

这是无辐射跃迁。

–比K层高的壳层随角动量量子数的不同而分为不同的亚层。

如果初始空穴出现在这样的壳层,那么,除了上述两种跃之外还可能存在相同壳层(主量子数相同)中另一亚层(角动量量子数不同)的电子的跃迁,这就是所谓Coster-Kronig跃迁。

由于能级间隔小,这种跃迁非常快,它也属于无辐射跃迁。

因此，对于具有内层电子空穴的原子，产生辐射跃迁的几率就是荧光产额（ω）；产生俄歇跃迁的几率称俄歇产额（a）；产生Coster-Kronig跃迁的几率为Coster-Kronig产额（f）。

显然ω + a + f = 1
13、激发因子
激发因子（E）是荧光产额（ω）、谱线分数（g）和吸收限跃迁因子（J）三者的乘积。

即，E = ωgJ 。

激发因子是影响理论计算X射线荧光强度准确度的重要因素之一。

在计算理论相对强度时，如果不考虑二次和更高次荧光，则激发因子可以消去。

但是，在复杂基体中，严重的元素间效应使二次甚至更高次荧光变得不可忽略，如Fe-Cr-Ni不锈钢。

在这种情况下，即使是计算理论相对强度，激发因子的影响也变得非常重要。

14、荧光强度的理论计算
从X光管来的原级X射线激发试样而产生的特征X光荧光，经准直器变成一束平行光后射向分光晶体，并按布拉格(Bragg)公式色散。

假设试样表面平滑、均匀并对X光荧光为无限厚。

所谓“无限厚”是指随着试样厚度的增加，其X光荧光的强度不再增加的那个厚度。

很显然这个“无限厚”对不同波长的X光荧光在不同的基体中均不相同。

计算出来的X光荧光强度为不含背景和谱线重叠的净强度。

15、X射线荧光谱仪
波长色散X射线荧光光谱采用晶体或人工拟晶体根据Bragg定律将不同能量的谱线分开，然后进行测量。

波长色散X射线荧光光谱一般采用X射线管作激发源，可分为顺序式(或称单道式或扫描式)、同时式(或称多道式)谱仪、和顺序式与同时式相结合的谱仪三种类型。

顺序式通过扫描方法逐个测量元素，因此测量速度通常比同时式慢，适用于科研及多用途的工作。

同时式则适用于相对固定组成，对测量速度要求高和批量试样分析, 顺序式与同时式相结合的谱仪结合了两者的优点。

16、非色散光谱仪
非色散光谱仪不是采用将不同能量的谱线分辨开来，而是通过选择激发、选择滤波和选择探测等方法使测量分析线而排除其他能量谱线的干扰，因此一般只适用于测量一些简单和组成基本固定的样品。

17、定量分析方法制定应考虑的因素
X射线荧光光谱的定量分析是通过将测得的特征X射线荧光谱强度转换为浓度，在转换过程中它受四种因素影响：待测元素的浓度；仪器校正因子；测得的待测元素X-射线荧光强度，经过背景、谱重叠和死时间校正后，获得的纯强度；元素间吸收增强效应校正，样品的物理形态有关，如试样的均匀性、厚度、表面结构等。

18、制定定量分析程序的基本步骤
输入程序名和通道组名
程序描述
样品标记的识别类
测量条件的描述
样品形态的描述
化合物表的汇编
通道参数的汇编
自动生成分析测量条件
通道参数包括：元素名，分析线，晶体，准直器，滤光片，分析角，电压，电流，PHD 条件，漂移监控等条件。

每个元素必须汇编一个通道。

汇编的智能化：当化合物表汇编完成时，通道参数立即形成。

原则上可用于测量。

根据需要可适当调整。

新通道的加入：需加内标线如RhK 或其康普顿散射线和分析线的干扰通道等，用“New Channel”方式手动加入。

选择分析线及分析角。

这种通道仅做强度测量用，不报告分析结果。

通道光学扫描：检查峰位角，确定背景角，检索干扰峰，计算峰和背景测量时间。

PHD扫描：确定PHD条件
19、滤光片的选择
滤光片可装四块：黄铜有两块，厚度分别为 0.30和0.10mm，铝片也有两块，厚度分别
为0.75 mm 和0.20mm 。

0.30mm 的黄铜主要用于20KeV 以上的谱线测定，即原子序数大于45号的Rh ；0.10mm 黄铜适用于16～20 KeV(即原子序数40号的Zr 到45号的Rh);0.75mm 铝片用于12 ～16 KeV (原子序数36号的 Br 到40号的Zr)； 0.20mm 铝片分别用于4～12KeV(原子序数22号的Ti 到34号的Se)能量范围
20、分析通道的选挥
检查分析峰位；
确定背景位置；
检索干扰峰的位置；
计算峰和背景的测量时间；
确定PHD 条件
21、背景校正的方法
经过多年的研究,背景校正已发展成如下方法:
理论背景校正法；实测背景扣除法；康普吨散射校正法；经验公式校正法。

在这几种方法中，实测背景校正法效果最好,对上述两种背景均可进行修正；
理论背景校正法、康普吨散射背景校正法仅能修正原级谱在样品中的散射引
起的背景,特别是理论背景的计算需要知道样品各组分含量,目前尚不能用于
实际工作。

22、背景产生的原因：
其一是由样品引起的,原级X 射线谱在样品中产生散射(康普吨散射和瑞利散射)线,其强度随样品成分的变化而发生变化;此外在被测谱线附近存在谱线干扰，这种干扰谱线来源于原级谱散射线或样品本身;其二是由样品产生的射线与仪器相互作用造成的背景,如晶体荧光和分光晶体引起的高次线等;此外宇宙射线和样品中放射性核素和电子学线路也能产生背景。

背景对微量元素的检测限和准确度均有较大影晌,因此,通常均给以足够重视。

23、SUPERQ 软件扣除背景的方法
实测背景的选择原则：对于主次量元素，即峰背比在50以上时，若谱峰对称，仅需要选谱图尾部一点作背景；若非对称谱，或有谱线干扰，通常需选2个背景点。

对于微量元素，特别是峰背比在3左右时，背景的选择直接影响测量结果和检测限。

为此在一段波长范围内，可选用多达四个背景点，用下述方法求出待测元素峰位处背景的强度 ，计算公式如下：
(1)多项式拟合法 ，式中系数通过回归分析获得。

3
2X BgT X BgQ X BgL BgC R ⨯+⨯+⨯+=背景
(2)拉格郎日(Lagrange)多项式
24、实测背景的计算方法
依据背景的实际情况，选择背景点：
（1）常数背景：分析峰两侧背景几乎相等，以K 系线为例，原子序数在原子序数14-35之间的元素，只需要一个测量背景；
（2）斜率背景：称线性背景，分析峰两侧背景不等。

需要选择两个 测量背景，原子序数36-56之间的元素K 系线属于这种类型。

（3）pro-trace 法：用不同基体空白样品在元素特征谱线法测定背景，取平均值，或扣两点背景。

26、在XRF 光谱分析中，与分析线重叠的干扰来源于：
（1）X 光管特征谱 ；（2） 样品中其他元素的同系或非同系谱线 ；（3）重元素的高次线或其他谱线的逃逸峰；（4）晶体荧光辐射。

27、谱线重叠影响的校正
光谱干扰的校正方法：
（1）空白试样法： 用纯干扰元素，分别测量分析线峰位和非干扰线的强度,
然后计算干扰校正系数 L:
L ＝ (RP - Rb)/(Ri - Rb)
R 净 ＝ RP - L ×(Ri - Rb )
（2）回归法：利用SuperQ 的回归分析程序
进行。

计算公式为：C = D + E(RP- L × R 非干扰线)
)
4()(4)3()(3)2()(2)1()(1Bg R X L Bg R X L Bg R X L Bg R X L R ⨯+⨯+⨯+⨯=背景。