TXRF元素分析仪介绍

TXRF元素分析仪介绍
全反射X荧儿（TXRF）分析技术是十多年前才发展起来的多元素同时分析技术，它突出的优点是检出限低（pg、ng/mL 级以下）、用样量少（Μl、ng级）、准确高度（可用内标法）、简便、快速，而且要进行无损分析，成为一种不可替代的全亲的元素分析方法。

国际上每两年召开一次TXRF分析技术国际讨论会。

该技术被誉为在分析领域是最具有竞争力的分析手段，在原子谱仪领域内处于领先地位。

从整个分析领域看，与质谱仪中的ICP-MS 和GDMS、原子吸收谱仪中的ETAAS和EAAS以及中子活化分析NAA等方法相比较，TXRF 分析在检出限低、定量性好、用样量少、快速、简便、经济、多元素同时分析等方面有着综合优势。

在X荧光谱仪范围内，能谱仪（XRF）和波谱仪（WXRF）在最低检出限、定量性、简便性、准确性、经济性等方面，都明显比TXRF差。

在表面分析领域内，尤其在微电子工业的大面积硅片表面质量控制中，TXRF已在国际上得到广泛应用。

1. TXRF分析仪工作原理：
TXRF利用全反射技术，会使样品荧光的杂散本底比XRF降低约四个量级，从而大大提高了能量分辨率和灵敏率，避免了XRF和WXRF测量中通常遇到的木底增强或减北效应，大大缩减了定量分析的工作量和工作时间，同时提高了测量的精确度。

测量系统的最低探测限（MDL）可由公式计算：
MDL2/1
l(3
=(2)
M
)t/
l/
b
这里，b l是木底计数率，t为测量计数时间，M为被测量元素质量，l代表被测量元素产生的特征峰净计数率，S=I/M就是系统灵敏度，由公式可以看出，提高灵敏底、降低木底计数率、增加计数时间是降低MDL的有效办法。

木氏低、灵敏度高正是TXRF方法的长处，因而MDL很低。

2. TXRF元素分析仪主要性能指标：
1012-）
（1）最低绝对检出限：pg 级（g
10-）
（2）最低相对检出限：ng/ml级（9
（3）单次可用时分析元素数量：20多种：
（4）测量元素范围：可以从11号元素到92号元素。

（5）样品用量：μl，μg级；
（6）可以进行无损分析；
（7）测理时间：一般1000秒；
（8）输入功率：小于2kw;
（9）从测量操作到分析出结果全部自动化；
（10）主体尺寸：180×80×95（高）cm3
3. TXRF元素分析仪结构及特点：
TXRF元素分析仪主要包括高压电源与X射线管及其调整结构、双二次全反射光路、样品托传送定位结构、直空系统和数据获取与分析系统等部分。

二次全反射部分是装置的核心。

采用双全反射X光路主要为了在不同能量范围都能有较高灵敏度。

由于采用特殊的全反射光路，使得装置能在弱X光束激发下，达到了一般TXRF分析仪在强X光束下才能得到的MDL。

当使用Cu靶光管时，CO元素的MDL为3pg;使用Mo靶时，Sr的MDL在9pg左右。

X光管激发电压，对Cr靶为20kv，对Cu靶为30kv ，
对Mo靶为50kv,激发电流一般用4-15Ma。

高压电源：采用高频倍压原理设计使得设备小型化，并采用微机控制。

提供内控、外控两种控制方式。

电压、电流的开启、关闭、大小控制、采样显示完全自动化（详见附件）。

X射线管及其位置调整结构、样品的传输与定位完全实现微机自动控制。

设备中有6个进电机驱动柜子产品进出定位。

由于系统采用变换装置，单步步长分别为0.15μm-2.5μm,使系统调整具有足够的精度及重要性。

通过DA/AD板、接口板、固态继电器板等实现控制信号和模似量的产生、转换与传输，使仪器处于实时监控状态。

，上于X光管在工作中发热，设计了水冷却系统，一般状诚下采用循环水或自来水，设有欠水保护，并给出声音报警。

数据获取；采用高分辨率的的Si(Li)探测器，由于优良的半导体工艺及光脉冲反馈前置放大器等使得其其分辨率对Fe 5.9keV 分辨率为160eV。

脉冲堆积的高稳定度的谱仪放大器。

微机插卡式高速ADC及其接口卡，其AD转换时间为8μs，保证高计数率状态下的获取能力，同时提供良好的积分线性和微分线性，多道分析器能有良好的能量分辨率及线性刻度，接口板上有缓存储器，CPU及相应电池，保证其自主工作，掉电保护数据功能。

获取系统具有界面友好的仿真及处理软性相配套（详见附件）。

其中探测获取系统配置国际著名公司产品。

软件系统：包括数据获取软件，数据处理分析软件，样品传输定位，X光管上升下降，角度调整用软件，高压电源供电（电压，电流分送），监控软件共四套软件，其中三套为完全中文界面，Win98操作系统下运行的软件，界面友好，功能流畅完善，定性分析形象直观，定量分析快捷准确。

TXRF元素分析仪构图
4. TXRF元素分析仪的应用
TXRF元素分析仪在元素分析领域内的应用现状和发展前景都是令人鼓舞的。

它可以广泛应用于地矿、冶金、化工、食品、生物、医药、环保、法检、考古、高纯材料等各领域内的常量、微量、痕量元素分析测定。

特别在半导体工业中的硅片表面质量控制方面，有着不可替代的优势。

用TXRF元素分析仪可以进行定性测量、相对测量和绝对测量。

粉末样品可粘在样品托平面上，悬浮液样品可以沉积在样品托上，一些固体可蹭在样品托上或直接进行分析，测定限达到μg/g量级或更低。

对于高纯液体或均匀溶液，用加内标元素的比较法进行定量测量。

把制备好的溶液沉积在样品托上即可测量，测定限可达ng/g量级或者更低。

TXRF方法无木底增强或减弱效应，也就不需要相应的修正计算，这就使得定量分析计算变得非常简单而且准确。

先使用能谱分析软件由能谱图解出各种元素特征峰计数，再由灵敏度校准曲线和内标元素算出各元素含量：
/
Cx
(
Ms
*
Mx*
=(3)
)
Ix
Cs
/
)
Is
(
式中，M为元素质量，C为元素特征峰计数，I为可从校准曲线中查到对应的元互相对强度，下角标X表示待测元素，s表示样品中放的内标元素。

图1是在同一条件下测得的各种元素的相对荧光强度曲线，它可被用来做为灵敏度校准曲线。

只要系统及其工作条件没有改变，（fs/ix）就不变的，相对强度校准曲线可以长期使用。

由于采用加内标的比较方法，在测量过程中内标元素与待测元素处于完全相同的测量条件下，外界条件的变化对内标元素和待测元素的影响是相同的，即在外界条件的变化（室温的变化、X光管电源的不稳定性等）情况下，（Cx/Cs）基本不变，这样就大大降低了对仪器系统稳定性的要求。

如果系统的稳定性与其它仪器差不多的话，那么这种方法的称定性及其结果的重复性就会好于其它许多方法。

由式（3）可知，Mx的误差取决于Ms(Cx/Cs)、（Is/lx）的误差。

如前所述，TXRF的这三项误差都很小，因崦精确度很高。

几年来，做了许多仪器改进工作，并在下列应用研究领域内做过元素分析。

1. 地矿：金矿石、金矿泥、萤石、长石、氧化锑；
2. 冶金：镍电解液纯金中杂质元素、铸铁、轴承；
3. 环保：纯水、矿泉水、高矿化度盐湖水、自来水、大气飘尘、污泥、污水；
4. 化工：柴油中的硫、净化汽车尾气的催化剂配方，陶瓷釉药配方；
5. 生物：海洋动物牙齿和体液；
6. 医药：丹参中有害微量元素，头发和指甲中的微量痛量元素；
7. 食品：饮料中有益和有害元素；
8. 法检：撞车现场样品鉴定；
9. 考古：青铜器；
10. 材料：不同国家的玻璃，高纯石英杂质含量，KTP品体注入Er的认定。