X射线荧光光谱仪培训课件

Sb
Sn Cd
0.10
0.052 0.029
Ag
0.018
初级光束滤片
改善峰背比 • 750 mm Al filter, Soil sample
角色散
• 角色散 (dQ/dl) • nl = 2d.sinQ (Bragg公式)微分后得到:
dQ n dl 2d cos Q
• 角色散随衍射级数(n)和衍射角(Q)的增加而增加 • 角色散随晶体面间距(d)的减小而增加
准直器
元素
Be-Ne Na-Ar K-Ni Ni-U
准直器尺寸
4000，700 700，550 300，150 150，100
不同准直器的使用效果
灵敏度和分辩率的矛盾
准直器 /狭缝
• PW24xx & Axios 准直器
型号 PW2478/10 PW2478/15 PW2478/30 间距 (mm) 100 150 300 应用
* 也可以选择弯晶
晶体
• PW24xx & Axios选择的晶体或多层晶体
Crystal name 2d值 (nm) K – Spectra 元 素 Mg – O Mg – O L - Spectra 元 素 Se-V Se-V
TlAP 100 PX1
2.575 5
PX3
PX4 PX5 PX6 PX9
0.15 - 12 0.4 – 0.83 0.15 – 0.40 0.08 – 0.21
Seq, Sim & Vac. scanner Sim Sim & Partial Vac. scanner Seq & Sim Seq, Sim & Partial Vac. Scanner
Scintillatio 0.04 – n 0.15
• 流气正比计数器 ：适用于轻元素和长波辐射； 0.08 - 12nm (0.1 - 15 keV)； • 封闭正比计数器 ：适用于中间元素和中波长辐射； 0.10 - 6nm (9 - 11 keV )； 所有探测器产生的输出脉冲的平均幅度正比于入射X射线的能量
探测器 – 概述
• PW24xx / Axios 探测器 – 闪烁探测器 – 封闭 Xe探测器(可选择) – 流气探测器 – 双重探测器 (封闭+流气)
20
12 11 30 0.403
B
C N Be Te-K U-In
探测器
• 探测器将 X射线光子转化成测量电压脉冲
• 各种探测器需要测量一定的波长范围
0.04 - 12nm (0.1 - 30 keV).
U La - I La & Te Ka - Be Ka
探测器的种类和适用范围
• 闪烁计数器 ：适用于重元素和短波辐射 ： 0.04 - 0.15nm (8 - 30 keV)；
(重晶石中氧化铝的测定)
Baidu Nhomakorabea
晶体名称 LiF 420 LiF 220 LiF 200 Ge 111 (C*) InSb 111 (C*) PE 002 (C*) 2d 值 (nm) 0.180 0.285 0.403 0.653 0.748 0.874 K - Spectra 元素 L - Spectra 元素 Te-Ni Te-V Te-K Cl-P Si Cl-Al U-Hf U-La U-In Cd-Zr Nb-Sr Cd-Br
用户培训课程
X射线荧光谱仪
XRF谱仪系统结构
XRF谱仪
发生源
光路
探测器
电子线路
软件
波长/能量色散谱仪
• 波长色散X射线荧光光谱仪：采用单晶或多层膜 晶体根据Bragg定律将不同能量的谱线分开，然 后进行测量。
• 能量色散X射线荧光光谱仪：采用脉冲高度分析 器将不同能量的脉冲分开并测量。
波长/能量色散比较
探测器 – 概述
• PW26xx & PW1660 探测器 – 每个固定道最佳探测器 – 闪烁探测器 – 封Xe, Kr, Ne 探测器 – 流气探测器
探测器 – 选择
类型 范围 (nm) 范围 (keV) 0.1 - 8 1.5 - 3 3 – 8 6 - 15 8 - 32 仪器
Ar flow Ne Sealed Kr Sealed Xe Sealed
45Rh
40Zr 35Br 22Ti
-
45Rh 40Zr 34Se
Improves
SBR : 4 - 12 keV
>
11Na
Tube protection (specially for liquids)
初级光束滤片
1. 去除X光管靶材谱线的干扰
– 例如 : 高纯铜杂质分析
El. Conc. (%)
轻元素尚可，重元素较好
轻元素较好，重元素不是很理想 相对昂贵 200-4000W 顺序/同时 晶体，测角仪
波长色散
• 使用单晶或多晶来衍射所分析的波长
波长色散谱仪组成
• X光管
• 分光系统 • 探测系统
X光管
• 端窗
• 阳极材料 • 窗口材料
• 激发 kV, mA
• 冷却 • 滤片
超尖锐端窗 X-ray Tube
超尖锐端窗 X-ray Tube
X 射 线 的产生
（1）阴极发射自由电子（例如加热灯丝）； （2）在真空中，迫使这些自由电子朝一定方向高速运动 （例如用高压电场）； （3）在电子高速运动的途径上设置能突然阻止电子运动 的金属靶，高速电子与阳极靶原子相遇突然减速，并 转移能量， 发射X射线光子 （4） 高速电子的能量99%以热能释放，仅有1 ％ 的能量 转变成X射线光子。
EDXRF 和WDXRF光谱仪的优缺点
EDXRF 元素范围 检测限 Na－U（钠－铀） 分析轻元素不理想分析重元素较好 WDXRF Be－U（铍－铀） 对铍和所有较重元素都较好
灵敏度
分辨率 仪器费用 功率消耗 测量方式 转动部件
轻元素不理想，重元素较好
轻元素不理想，重元素较好 相对价廉 5－1000W 同时 无
脉冲高度选择
去掉晶体荧光: 使用PX1 分析石灰石里的MgO
分析晶体产生的荧光干扰
Crystal name Ge InSb TlAp PX1 PX2 PX3 PX4 PX5 PX6 2d-value in nm 0.6532 0.7477 2.575 4.93 12.0 19.5 12.2 11.2 30.0 Elemental range P, S Si Na, Mg O, F, Na, Mg C B C N Be Radiation from elements in crystal Ge L In La (Sb La) Tl Ma WL, WM, SiKa, WL, WM, CKa MoL, MoM, BKa, CKa NiL, CKa FeL, ScL, ScK MoL, MoM, BKa, CKa
探测器的能量分辨率 X射线探测器能量分辨率
半高宽
平均脉冲高度
逃逸峰
Origin of Escape Peaks
逃逸峰的计算
•
CrKα 的逃逸峰
Cr Ka
5.41 keV
Ar Ka 2.96 keV
Cr Ka - Ar Ka = 5.41 - 2.96 = 2.45
光子 峰
逃逸峰
不同分析元素的逃逸峰位置
Ge晶体的荧光对P Ka线PHD的影响
在28%处的能量峰((28/50)*2.01=1.13 keV)并非P Ka线的逃逸峰， 而是Ge晶体产生的La线的能量峰(1.18 keV)
PX1晶体的荧光对Na Ka线PHD的影响
PX1晶体的荧光对Na Ka线PHD的影响
脉冲高度选择
去掉晶体荧光: 使用TlAP分析石灰石里的MgO
非常高分辨率 Te K – As K & U L – Pb L 高分辨 U - K 高强度 U - K 对轻元素高分辨 Cl - F 对轻元素高强度 Cl - F 超轻元素 Be - O
PW2478/55
PW2478/70 PW2478/00
550
700 4000
分辨率
晶体
• PW24xx & Axios 选择的晶体或多层晶体
脉冲高度选择
Removal of harmonics: HfO2 in ZrO2 - HfLa.
(Zr Ka 二次线的波长：2*0.0788nm = 0.1576nm Hf La 一次线的波长：0.1569nm)
脉冲高度选择
Escape peak interference: Al2O3 in barytes
初级激发的选择
• 阳极材料
• kV • mA
}
(光管功率)
初级激发的选择
Optimum kilovolt selection
• PW24xx/ Axios - SST - Rh anode
kV 60 50 40 30 K-lines Fe - Ba Cr – Mn Ti – V Ca – Sc L-Lines Sm – U Pr – Nd Cs – Co Sb – I
脉冲高度分布及设置
• 将设置范围内的脉冲进行计数
• 除去不希望要的脉冲： – 低电位端的计数器噪声 – 另外元素的高次衍射谱线(n>1) – 晶体发出的X光荧光
脉冲高度选择
Pulse distribution - Scintillation detector
脉冲高度选择
Xe Sealed proportional detector
脉冲高度选择
脉冲分布 - Ar 流气正比计数器
脉冲高度选择
Pulse distribution - duplex detector
Ge晶体的荧光对S Ka线PHD的影响
在25%处的能量峰((25/50)*2.31=1.15 keV)并非S Ka线的逃逸峰， 而是Ge晶体产生的La线的能量峰(1.18 keV)
探测器
• 探测器的分辨率与入射X光子波长有关。一般而言
RQ l
• 此处引进Q因子，用来表示探测器的分辨率好坏。 • 从理论计算可得到的最大Q因子称为Qnorm • 如果实测计算所得的Qcalc< Qnorm，则表明探测器工作正常， 相反则需维护(如更换探测器窗膜和阳极丝) • 需注意的是，在比较Q因子时，其计数率一般应在20 kcps以下 • 一般而言的Qnorm值对流气正比探测器为45，对闪烁探测 器为120
块。如axios系列最多可配置6个，有6、10、27、 30、37和48 mm可选择。 ⊙ 光阑对灵敏度是有影响的，若以不用光阑时强 度为100%，使用Φ 24mm的光阑时的强度仅为60%。
准直器的位置
113
准直器
准直器是由平行金属板材组成
两块金属片之间的距离有 100、150、300、550、 700和4000μ m供选择。 一级准直器 二级准直器
探测器-PHD
Spread in height of detector pulses
探测器-PHD
• Energy Resolution of X - ray Detectors N
V
Energy resolution ( R) FWHM *100% average pulse height (V)
24
Be – K
Ca - Sn
初级光束滤片
1. 去除X光管靶材特征谱线的干扰(如Rh Ka)
2. 改善峰背比，得到更低的LLD(分析痕量元素时) 3. 衰减强度 4. 降低X光管光谱的杂质(Cu, Ni, Fe….)
滤光片的位置
初级光束滤片
•
•
改善峰背比.
所有的滤片都可以减少计数率.
滤片 Brass 0.30 mm Brass 0.10 mm Al 0.75 mm Al 0.20 mm Beryllium 用途 Removes Improves Improves Improves Removes Rh K lines SBR E > 20keV 16-20 keV 12 - 16 keV Rh L Lines K-range >
色散
谱仪分辨率
• 决定于:
1. 准直器或狭缝的间距 2. 使用平晶还是弯晶及其反射能力
•
一般用谱峰最大值一半处的峰宽(半峰宽)来表示
FWHM ( FWHM )
2 cryst
( FWHM )
2 PrimColl
( FWHM )
2 SecColl
光束限制光阑
⊙ 光阑：每种谱仪配备有所不同，通常选择3～4
闪烁探测器结构
放大器
Be窗口
光阴极
倍增极
阳极
闪烁晶体
封闭气体正比探测器结构
封Neon, Krypton 或Xenon
Ionization of gas atoms: X X+ + e-
流气探测器结构
P10 gas (90% Ar – 10% Methane) Ionization of Ar atoms: Ar Ar+ + e-