X荧光光谱分析培训内容

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一、X 荧光原理

1、 X 射线荧光的基本概念

X 射线是一种电磁波，其波长在0 . 1~100之间(1=10m)，根据波粒二相性原理，X 射线也是一种粒子，其每个粒子根据下列公式可以找到其能量和波长的一一对应关系。

E ＝hv=h c/

式中h 为普朗克常数，v 为频率，c 为光速，为波长。 ①X 射线产生的几种方法

a 、 高速电子轰击物质，产生韧致辐射和标识辐射。其产生的韧致辐射的X 射线的能量取决于电子的能量，是一个连续的分布。而标识辐射是一种能量只与

其靶材有关的X 射线。这是X 光管的基本原理。

b 、 同位素X 射线源，释放的射线的能量也是量化的,而不是连续的。

c 、 同步辐射源。电子在同步加速器中运动，作圆周运动，有一个恒定的加速度，电子在加速运动时，会释放出X 射线，所以用这种方法得到的X 射线叫同步

辐射X 射线。

②基本概念

a 、 X 射线荧光：通常把X 射线照射在物质上而产生的次级X 射线叫X 射线荧光（X —Ray Fluorescence ），而把用来照射的X 射线叫原级X 射线。所以X

射线荧光仍是X 射线。

b 、 特征X 射线：它是由原子外层电子向内层跃迁，释放出能量以X 射线的形式表现出来，其能量只与元素本身有关，因此称为特征X 射线。由不同能级跃

迁产生的能量是不同的，因此，特征X 射线分为K 、K 、L 、L ……

c 、 X 射线对物质产生的作用：可产生特征X 射线，散射，光电子，其他作用，在用X 射线分析物质时，特征X 射线是分析的关键，其他的作用将产生本地

效应，应该尽量避免或减小它。

③荧光强度与物质含量的关系，可以用以下的表达式说明：

I i =f （C 1,C 2…C i …）

i=1,2…

Ii 是样品中第i 个元素的特征X 射线的强度,C 1,C 2,……是样品中各个元

素的含量.。反过来，根据各元素的特征X 射线的强度，也可以获得各元素的含量信息。这就是X 射线荧光分析的基本原理。

2、荧光分析的特点

X 荧光光谱分析在分析测试领域内的发展非常快，根据其分析原理，可以看出X 荧光分析具有以下特点： 优点：

E kev A o ().()=

123964λ

（a）分析速度高。测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可

以测完样品中的全部待测元素。

（b）X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶

质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。（气体密封在容器内也可分析）但是

在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围

内，这种效应更为显著。波长变化用于化学位的测定。

（c）非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变，也不会出现试样飞散现象。

同一试样可反复多次测量，结果重现性好。

（d） X射线荧光分析是一种物理分析方法，所以对在化学性质上属同一族的元

素也能进行分析。可分析的元素范围从F到U。能量色散的X荧光分析仪器的元素

分析范围一般是Na到U，含量范围为10PPm～100％(根据样品的不同，其最低检

出限不同)。

（e）分析精密度高。

（f）制样简单，固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。

缺点：

（a）难于作绝对分析，故定量分析需要标样。

（b）对轻元素的灵敏度要低一些。

二、X荧光分析仪器的构造和性能

1、X荧光分析仪器的种类

由于E＝h·c/，表示了射线能量E与波长的关系。其中h为普朗克常数、c为光速，因此E和可以反映同一特征X射线，因此，有两大类X荧光分析方法，

即波长色散法和能量色散法。

以下就按这两类方法构成的仪器，分别讲述他们的原理及构造。

2、波长色散型

这类仪器的基本方法是使用一分光晶体，先将不同波长的X射线按不同的衍射角色散，然后用探测器测量X射线的强度，这样从测角器的指示便能知道被测X射

线的波长，从X射线的强度测量便能知道发射此种X射线的元素的含量。其基本

1 1、激发源

2、样品

3、分光系统

3 4 5 4、探测器

5、记录分析器

2

操作台

由于分光系统中的晶体，窄缝等会随温度变化而变化，所以系统中必须要有恒温系

统。另外，X光管功率很大必须使用水冷却系统。

2．1.波长色散的分光方法

典型的分光方法是平行射束法和聚焦法，实际上是平行晶体和弯曲晶体的区别。弯曲晶体可以达到射线聚焦的作用。

3、能量色散法

能量色散法就是直接利用探测器的能量分辨本领和正比工作特性区分不同能量的X射线。其仪器的基本构成是：激发源、样品、、探测器和多道谱及运算处理器。

如图所示。

由上面的光谱分析仪器的结构可以看出，每类仪器均要使用探测器，探测器是X荧光分析仪器的重要部件，因此对探测器有以下的要求：

1）好的能量分辨率和能量线性。

2〕探测能量范围宽。

3〕死时间短，有优良的高计数率特性。

4〕良好的能谱特性。

5〕使用方便、可靠、坚固

常见的探测器有以下几种类型：

A、正比计数器

其外形有园筒型和鼓形，结构上又分密封式和流气式。

密闭式结构示意图：

流气式结构示意图：

进气正高压

结构是一金属外壳内有一根中心丝极，管内充气体，中心丝极与外壳之间被加上高电压后，约500～1500V，则当有X射线进入侧面的窗口后，会产生气体电离，这样，每接收一个X光子后，就输出一个幅度与X光子能量成正比的电脉冲，它有很好的能量线性，但能量分辨率较差，约为