EDXRF原理及简介

这里必须说明：K 线的波长为： K = (2 K + K2 ) / 3 。
1.3 X射线与物质的相互作用
图1.4 X射线与物质相互作用的三种主要类型
吸收-荧光产额(光子数目/空穴数目)
条件：X射线能量大于电子与原子 的结合能。
=>入射光能量越高，产生的荧光
越强。
=>入射光能量过高，大部分光子
图2.3 在30KV条件下用Gd管获得的发射光谱
电流、电压、靶材的选择依据
重元素选择大电压、小电流 轻元素选择小电压、大电流
图2.4 X射线管的连续谱线取决于所加电压、电流及靶材
2.3 滤光片
作用: 降低干扰谱线和背景的强度从而提高信噪比。
图2.5a 过滤靶线和背景的滤光片
图2.5b 降低背景，提高检出限的滤光片
图1.3 会产生特征谱线的元素
特征辐射-原子能级间的电子跃迁与光发射
n l
1 0
2 0 2 -1 2 1
LⅢ─ K LⅡ─K MⅢ─K MⅡ─K NⅡ─K
K1 K2 K1 K2 K3
K 系
3 0
3 -1 3 1
3 -2
3 2
MⅤ─LⅢ MⅣ─LⅢ MⅣ─LⅡ NⅣ─LⅡ
L1 L2 L1 Lg1
图2.7 多道分析仪生成的检测光子的能量的柱状图
2.5 自旋器/氦气系统
自旋器：样品不会总是完全均匀的，表面的擦痕也会影响 测定，安装自旋器使样品在测定时旋转，以消除样品不均 匀和表面状态的影响。 氦气系统：空气会吸收射线，尤其是低能量的射线，所以 轻元素很难测定，因此在氦气系统检测。He会吸收F以前 的元素的谱线，但不会影响重元素谱线的测定。
三、定量分析方法和基体效应校正
3.1 定量分析－绘制标准曲线 3.2 样品制备及基体效应
3.3 基体效应校正的数学方法
3.1 定量分析－绘制标准曲线
根据元素的浓度和已测的该元素的特征谱线的强度按一定 关系进行拟合；
和其它仪器分析方法不同的是，在XRF分析中X射线强度 很少直接正比于分析元素的浓度；
原理：

X射线光管发射的原级X射线入射至样品，激发样品中各 元素的特征谱线;
探测器记录特定波长的X射线光子N; 根据特定波长X射线光子N的强度，计算出与该波长对应
的元素的浓度。
基本构造
图2.1 光学系统的光路Baidu Nhomakorabea和典型光谱图
2.2 X射线管
图2.2 侧窗和端窗式X射线管（实物图见右下）结构示意图
图1.1 X射线及其他电磁辐射
1.2 X射线和特征荧光辐射的产生
连续谱或韧致辐射：高速电子在阳极原子核场中运 动受阻，能量迅速损失而产生宽带连续X射线谱。
特征X射线：
图1.2 特征X射线的产生 内层电子被 激发 外层电子跃 迁到内层空 位 跃迁过程产 生能量差 能量差以X 荧光形式释 放
原子不稳定
基体匹配法
使用与未知样基体组成相似的标准样品，常常在较窄的浓
度范围内或低浓度时与浓度成线性（或二次曲线）
薄试样法
当试样的厚度仅为几百或几千埃时，其基体效应可以忽略。
内标法
在试样内加入已知量的内标元素，该内标元素的X射线荧
光特性应与分析元素相似；
3.3 基体效应校正的数学方法
������ ������ ������ 经验影响系数法 理论影响系数法 基本参数法
图3.1 已建立的标准曲线示意图
仪器测量条件的选择
X射线的激发条件
根据分析元素选择电压、电流 滤光片
找到合适的峰位和背景位置 计数器
测量时间的选择
测量时间的选择
计数误差The Counting Statistical Error (CSE)
其中：r是每秒计数率，t为测量时间。
3.2 样品制备及基体效应
L系
特征辐射-各线系光谱线间的相对强度关系
K 系谱线的相对强度为： K1 ：K2 ：K ：K1：K2 100 ：50 ：150 ：15 ：5 L 系谱线的相对强度为： L1 ：L2 ：L1 ：L2 ：L3 ：L4 ：Lg1 ：L ：L 100 ：10 ：70 ：30 ： 10 ： 5 ：10 ：3 ： 1 M 系谱线的相对强度为: M1 ： M2 ： M1 ： Mg1 100 ： 10 ： 50 ： 5
EDXRF原理及简介
褚衍卫
2009年3月6日
目录
一、X射线基础理论 二、仪器的结构与分析条件的选择 三、定量分析方法和基体效应校正 四、试验计划及结果
五、下一步行动计划
一、X射线基础理论
1.1 什么是X射线 1.2 X射线和特征荧光辐射的产生 1.3 X射线与物质的相互作用
1.1 什么是X射线
如果分析谱线强度太高超过探测器的饱和计数率时，也 可以使用滤光片吸收掉一部分辐射以避免饱和。
2.4 探测器和多道分析仪
机理：电子进入探测器时，探测器产生一个电脉冲，这个 脉冲的高度和入射光子能量成正比。将脉冲放大，由多道 分析仪接收。
图2.6 固体探测器结构示意图
多道分析仪
多道分析仪作用是记录在每个高度间隔内产生了多少个脉 冲。
颗粒效应的影响会随着样品粒度的减小而减小，但 是颗粒度的减小是有限的。 有些样品的颗粒效应很严重，并不随着样品粒度的 减小而减小。 熔融制样是消除颗粒效应的有效方法。
基体效应-元素间的吸收增强效应
X射线须穿过原子层进入原子内部，在此过程中一部分被 原子吸收。产生的特征射线也必须穿过原子层射出样品， 同样它也会被吸收一部分。
粉末样品制备 压片 特点：简单、快速、节省 存在颗粒效应、矿物效应 熔融制样 制样精密度好 均匀性好 可以人工配制标样 消除了颗粒效应、矿物效应 缺点：制样麻烦、成本高、影响检出限
压片制样与熔融制样的比较
基体效应-颗粒效应
不均匀的颗粒样品
图3.2 颗粒效应示意图
颗粒效应的影响
图3.3 入射X射线和荧光X射线的吸收
基体效应-元素间的吸收增强效应
样品产生的特征射线也在X射线范围。这些射线还可以激 发样品中的其他元素的电子，再次产生荧光X射线，这种 射线被称为二次荧光。 在光谱仪上，一次和二次荧光是区分不开的，三次以上的 荧光均可忽略。
图3.4 一次和二次X荧光
克服或校正基体效应的方法
X射线可以看作是具有一定波长的电磁波，或者是具有一 定能量的光子束。 波长0.01 ~ 10nm；能量：124 keV - 0.124 keV
1.24 E (keV) h h (nm)
g-rays
c
X-rays
UV
Visual
0.001
0.01 0.1 1.0 10.0 100 200 nm
穿过原子，只有很少的电子被逐 出。 图1.5 吸收与能量
轻元素的产额很低，这 也是为什么轻元素难测 定 的缘故。
图1.6 K层和L层电子的荧光产额
二、仪器的结构与分析条件的选择
2.1 原理及基本构造 2.2 X射线管
2.3 滤光片
2.4 探测器和多道分析仪
2.5 自旋器/氦气系统
2.1 原理及基本构造