偏振X射线荧光分析教程重要
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偏振X射线荧光分析教程
德国斯派克分析仪器公司
基础理论
X光及X荧光的产生
1895 Roentgen （伦琴）Discovers X-Rays
基本原理
❖ X射线是一种波长较短的电磁辐射，通常是指能量 范围在0.1～100keV的光子。 X射线荧光是由物质 中的组成元素产生的特征辐射，通过测量和分析样 品产生的X射线荧光(XRF)，即可获知样品中的元素 组成与含量信息，达到定性和定量分析的目的。
入射X-Ray
X荧光的产生
特征X荧光进入计数器
Nucleus K Shell L Shells
被激发出轨的电子 原子结构
从X光管发出的入射X光
Nucleus K Shell L Shells
电子吸收入射X光被激发出轨道
Nucleus K Shell L Shells
高能级电子填补空穴
Nucleus K Shell L Shells
❖ X射线是由高能电子的减速或由原子内层电子的跃 迁产生的。
X光管
X光的产生
X-rays
Be Window
Electron beam 电子束
Target (Ti, Ag,Pd, etc.)
光管X光的典型图谱
Intensity
Characteristic X-rays from the target
元素的定性分析
X荧光的能量或波长代表了特征的元 素.
即每个元素都有其特定的能量或波长
元素的定量分析 X荧光的强度即代表了含量
普通能量色散型X射线能谱仪的结构
样品
滤光片
Байду номын сангаас
计数器滤光片
X光光源
计数器
高压发生器 冷却系统
X光管
仪器结构简图
I n t e n s i t y
Energy (keV)
样品
1973/74 Young, Dzubay 研制出了EDXFR
1977 Ryon
首次采用多层B4C为起偏器
1990 Brumme
设计出偏振XRF的几何结构
1990 Beckhoff
HOPG晶体用于轻元素的分析
1992/99 Spectro 首次推出ED（P）XRF商业化机型
偏振X射线荧光光谱仪的结构
❖ X射线光管分析范围宽，适用性强，稳定性好，是 常规分析中的首选激发源。
探测器
❖ X射线探测器的作用是将X射线光子的能量转换成易 于测量的电信号。在入射X射线与探测器活性材料 的相互作用下产生光电子，由这些光电子形成的电 流经电容和电阻产生脉冲电压。脉冲电压的大小与 X射线光子的能量成正比。一般好的探测器通常要 求量子计数效率和分辨率高，线性和正比性好。目 前最常用的能量探测器为锂漂移硅探测器Si(Li)，简 称硅锂探测器。
的波长，从而获得所测元素的特征信息。
能量色散X射线荧光光谱仪
❖ 能量色散X射线荧光光谱仪则采用能量探测器，通 过测定由探测器收集到得电荷量，直接获得被测元 素发出的特征X射线的能量：
❖
Q=kE
❖ E为入射X射线的光子能量；Q为探测器产生的相应的电荷量； k为不同类型探测器的响应参数。电荷量与X射线能量成正比， 故通过测定电荷量可得到待测元素的特征信息
波长色散光谱仪主要部件：激发源，分光晶 体，测角仪，探测器。
能量色散光谱仪主要部件：激发源，探测器， 相关电子与控制部件。
激发源
❖ 要产生X射线荧光就必须采用适当的激发源。如果 高能光子或粒子的能量足以激发出原子内壳层中的 电子，产生特征X射线，它就可以用作X射线激发源。 目前常用的主要是各种X射线光管，电子、质子、 放射性同位素、同步辐射等也可用作激发源。
波长色散X射线荧光光谱仪
❖ 波长色散X射线荧光光谱仪使用分析晶体分辨待测 元素的分析谱线，根据Bragg定律，通过测定角度， 即可获得待测元素的谱线波长：
n 2d sin
❖
(n=1,2,3…..)
❖ 式中d 为晶体的晶格间距 ，n 为衍射级次。利用测角仪可以 测得分析谱线的衍射角，利用上式可以计算相应被分析元素
Energy (KeV)
X光能量与波长的关系
E
hc
e
电磁波波谱
1 pm 100 pm 10 nm
1 um 10 um 100 mm 100 m
Gamma Rays(伽玛) X-Rays Ultra Violet (紫外) Visible Light(可见) Infra Red(红外) Micro Wave（微波） Radio Wave（广播)
原子结构 (Shells)
Nucleus ATOM
X荧光的产生
❖ 当X射线撞击原子中的电子时，当光子能量大于原 子中的内层电子的束缚能，电子就会被击出，就会 在原子的内壳层产生空穴，这时原子处于非稳态,外 层电子会从高能轨道跃迁到低能轨道来充填轨道空 穴，多余的能量就会特征X荧光的形式释放，原子 恢复到稳态。如果在K﹑L﹑M壳层产生，就会相应 产生K﹑L﹑M系X荧光。
偏振X射线荧光光谱仪
❖ X射线与物质的散射作用可产生偏振X射线，当散射角为90° 时，可产生几乎完全偏振的X射线。
❖ 由X射线光管发射的未偏振X射线经与轻元素靶以90°发生散 射后，产生高度偏振的平面X射线。用这一偏振光照射样品， 样品中元素产生的X射线是各向异性的，而入射的平面偏振 光是不能沿其平面传播的，故当探测器与样品成90°，并且 与偏振器和X射线光管平面相交时，来自X射线光管的背景降 低。
计数器
Electronics
计算机
固/液体
高压供给
脉冲放大/多道分析器
偏振X射线荧光能谱分析
人类认识偏振光
1906 1973/74 1977 1980/85
1986 1990 1992/96
1906年 英国物理学家 Charles Glover Barkla
首先阐述了偏振光及特性
偏振X射线荧光技术的历史
偏振光与测量背景的概念
反射光使我们看不见被摄物体
加入偏振片后的效果
滤光片
偏振X射线的产生
能级的能量差转化为特征X荧光
X荧光
Nucleus K Shell L Shells
X荧光的谱线名称
Nucleus K Shell L Shells
X荧光
K线系 K1,K2,K… L线系 L1,L2,L…
M线系 M1…
X射线光谱仪的分类
❖ 根据分辨X射线的方式
X 射 波长色散（WDXRF)X射线荧光光 线 谱仪 光 谱 能量色散（EDXRF)X射线荧光光谱 仪仪
偏振X射线荧光分析教程
德国斯派克分析仪器公司
基础理论
X光及X荧光的产生
1895 Roentgen （伦琴）Discovers X-Rays
基本原理
❖ X射线是一种波长较短的电磁辐射，通常是指能量 范围在0.1～100keV的光子。 X射线荧光是由物质 中的组成元素产生的特征辐射，通过测量和分析样 品产生的X射线荧光(XRF)，即可获知样品中的元素 组成与含量信息，达到定性和定量分析的目的。
入射X-Ray
X荧光的产生
特征X荧光进入计数器
Nucleus K Shell L Shells
被激发出轨的电子 原子结构
从X光管发出的入射X光
Nucleus K Shell L Shells
电子吸收入射X光被激发出轨道
Nucleus K Shell L Shells
高能级电子填补空穴
Nucleus K Shell L Shells
❖ X射线是由高能电子的减速或由原子内层电子的跃 迁产生的。
X光管
X光的产生
X-rays
Be Window
Electron beam 电子束
Target (Ti, Ag,Pd, etc.)
光管X光的典型图谱
Intensity
Characteristic X-rays from the target
元素的定性分析
X荧光的能量或波长代表了特征的元 素.
即每个元素都有其特定的能量或波长
元素的定量分析 X荧光的强度即代表了含量
普通能量色散型X射线能谱仪的结构
样品
滤光片
Байду номын сангаас
计数器滤光片
X光光源
计数器
高压发生器 冷却系统
X光管
仪器结构简图
I n t e n s i t y
Energy (keV)
样品
1973/74 Young, Dzubay 研制出了EDXFR
1977 Ryon
首次采用多层B4C为起偏器
1990 Brumme
设计出偏振XRF的几何结构
1990 Beckhoff
HOPG晶体用于轻元素的分析
1992/99 Spectro 首次推出ED（P）XRF商业化机型
偏振X射线荧光光谱仪的结构
❖ X射线光管分析范围宽，适用性强，稳定性好，是 常规分析中的首选激发源。
探测器
❖ X射线探测器的作用是将X射线光子的能量转换成易 于测量的电信号。在入射X射线与探测器活性材料 的相互作用下产生光电子，由这些光电子形成的电 流经电容和电阻产生脉冲电压。脉冲电压的大小与 X射线光子的能量成正比。一般好的探测器通常要 求量子计数效率和分辨率高，线性和正比性好。目 前最常用的能量探测器为锂漂移硅探测器Si(Li)，简 称硅锂探测器。
的波长，从而获得所测元素的特征信息。
能量色散X射线荧光光谱仪
❖ 能量色散X射线荧光光谱仪则采用能量探测器，通 过测定由探测器收集到得电荷量，直接获得被测元 素发出的特征X射线的能量：
❖
Q=kE
❖ E为入射X射线的光子能量；Q为探测器产生的相应的电荷量； k为不同类型探测器的响应参数。电荷量与X射线能量成正比， 故通过测定电荷量可得到待测元素的特征信息
波长色散光谱仪主要部件：激发源，分光晶 体，测角仪，探测器。
能量色散光谱仪主要部件：激发源，探测器， 相关电子与控制部件。
激发源
❖ 要产生X射线荧光就必须采用适当的激发源。如果 高能光子或粒子的能量足以激发出原子内壳层中的 电子，产生特征X射线，它就可以用作X射线激发源。 目前常用的主要是各种X射线光管，电子、质子、 放射性同位素、同步辐射等也可用作激发源。
波长色散X射线荧光光谱仪
❖ 波长色散X射线荧光光谱仪使用分析晶体分辨待测 元素的分析谱线，根据Bragg定律，通过测定角度， 即可获得待测元素的谱线波长：
n 2d sin
❖
(n=1,2,3…..)
❖ 式中d 为晶体的晶格间距 ，n 为衍射级次。利用测角仪可以 测得分析谱线的衍射角，利用上式可以计算相应被分析元素
Energy (KeV)
X光能量与波长的关系
E
hc
e
电磁波波谱
1 pm 100 pm 10 nm
1 um 10 um 100 mm 100 m
Gamma Rays(伽玛) X-Rays Ultra Violet (紫外) Visible Light(可见) Infra Red(红外) Micro Wave（微波） Radio Wave（广播)
原子结构 (Shells)
Nucleus ATOM
X荧光的产生
❖ 当X射线撞击原子中的电子时，当光子能量大于原 子中的内层电子的束缚能，电子就会被击出，就会 在原子的内壳层产生空穴，这时原子处于非稳态,外 层电子会从高能轨道跃迁到低能轨道来充填轨道空 穴，多余的能量就会特征X荧光的形式释放，原子 恢复到稳态。如果在K﹑L﹑M壳层产生，就会相应 产生K﹑L﹑M系X荧光。
偏振X射线荧光光谱仪
❖ X射线与物质的散射作用可产生偏振X射线，当散射角为90° 时，可产生几乎完全偏振的X射线。
❖ 由X射线光管发射的未偏振X射线经与轻元素靶以90°发生散 射后，产生高度偏振的平面X射线。用这一偏振光照射样品， 样品中元素产生的X射线是各向异性的，而入射的平面偏振 光是不能沿其平面传播的，故当探测器与样品成90°，并且 与偏振器和X射线光管平面相交时，来自X射线光管的背景降 低。
计数器
Electronics
计算机
固/液体
高压供给
脉冲放大/多道分析器
偏振X射线荧光能谱分析
人类认识偏振光
1906 1973/74 1977 1980/85
1986 1990 1992/96
1906年 英国物理学家 Charles Glover Barkla
首先阐述了偏振光及特性
偏振X射线荧光技术的历史
偏振光与测量背景的概念
反射光使我们看不见被摄物体
加入偏振片后的效果
滤光片
偏振X射线的产生
能级的能量差转化为特征X荧光
X荧光
Nucleus K Shell L Shells
X荧光的谱线名称
Nucleus K Shell L Shells
X荧光
K线系 K1,K2,K… L线系 L1,L2,L…
M线系 M1…
X射线光谱仪的分类
❖ 根据分辨X射线的方式
X 射 波长色散（WDXRF)X射线荧光光 线 谱仪 光 谱 能量色散（EDXRF)X射线荧光光谱 仪仪