XRF光谱仪基本原理及结构资料教学提纲
XRF技术培训
中国电子技术标准化研究所中国赛西实验室汪 牛 2011.0512中国赛西实验室第 部分 第一部分一.XRF基础知识介绍 二.EDXRF基本结构和工作原理 三.EDXRF主要的技术指标和验证 四. 运用于RoHS筛选检测的谱图分析 四.运用于RoHS筛选检测的谱图分析第二部分五.XRF分析技术的风险评估与高级应用 六.IEC62321标准解读——XRF部分（第6章） 七 EDXRF分析仪器的日常维护与保养 七.EDXRF分析仪器的日常维护与保养第三部分八.职业资格鉴定常识介绍3中国赛西实验室一. XRF基础知识介绍1 X射线的定义 1.X射线是由高能的粒子(射线)轰击原子所产生的一种波长较 短的电磁辐射 具有波粒 象性 其能量范围在 1～100KeV。
短的电磁辐射，具有波粒二象性，其能量范围在0.4中国赛西实验室2. 量子力学基础——波粒二象性X射线的波动性有：以光速直线传播、反射、折射、衍 射、偏振和相干散射； 其微粒性有：光电吸收、非相干散射及产生闪光等。
波 XRF 粒 能量色散型 能量 散 X荧光光谱仪( (EDXRF) ) 波长色散型X荧光光谱仪(WDXRF)5中国赛西实验室3. 基本公式量子理论将 量 论将X射线看成是一种量子或光子组成的粒子流， 射线看成 种量 或光 成的粒 流 每个光子具有的能量为： …… (1-1) (1 1) E=hν=h ϲ λ 式中，E为X射线光子的能量(KeV)；h为普朗克常数； 式中 为普朗克常数 ν为振 动频率；c为光速；λ为波长(nm)；代入(1-1)式可得： E= 1.24 λ1eV=1.6022 X10 J h=6.6262 X10 J·s-19 -34……(1-2)c=2.99792 X10 cm/s106中国赛西实验室受激元素辐射出的能量与该特定元素的轨道能级差直接相关， 与原子序数的二次幂成正比： 1 = ν=k(Z-σ)2 ……(1-3) λ 此即Moseley定律。
(完整版)XRF-X-射线荧光光谱仪
( X-ray Fluorescence Spectrometry, XRF )
目录
一、XRF的基本原理 二、XRF的构造和部件 三、XRF的应用 四、XRF的优缺点
一、XRF基本原理
1.1基本原理
图1 电磁波谱图
X-射线是介于紫外线和γ射线之间的一种电磁辐射，波 长 范 围 为 0.001~10nm 。 对 于 元 素分析来说，主要应用的是 0.05~10nm范围的波长。波长大 于0.1nm的X-射线称为“软”X-射 线 ， 而 较 短 波 长 的 X- 射 线 称 为 “硬”X-射线，如图1所示。X-射 线与晶体相互作用产生衍射现 象 ， 这 是 X- 射 线 作 为 电 磁 波 谱 的 特 征 ， 所 有 X- 射 线 可 以 用 波 长 来 描 述 。 X- 射 线 也 可 以 看 做 是具有一定能量的光子。
原子在X-射线激发下，发射荧光还是Auger是相互竞争的过程，原子序 数小于11的元素，以发射Auger为主，重元素主要发射X-射线荧光。故 X-射线射线荧光对轻元素的灵敏度很低。
1.1.1基础理论
利用X-射线荧光进行元素定性、定 量分析工作，需要以下三方面的理 论基础知识：
1
莫斯莱定律 Moseley
1 K Z S
K和S是线性有关的常数，λ是波长，Z是元素原子序数。
莫斯莱认识到这些X-射线特征光谱是由于内层电子的跃 迁产生的，表明X-射线的特征光谱与原子序数是一一对应 的，使X荧光分析技术成为定性分析方法中最可靠的方法 之一。
布拉格定律(Bragg's law)是反映晶体衍射基本关系的理 论推导定律。1912年英国物理学家布拉格父子(W.H. Bragg 和W.L. Bragg)推导出了形式简单，能够说明晶体衍射基本 关系的布拉格定律。
帕纳科xrf原理-概述说明以及解释
帕纳科xrf原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述帕纳科XRF原理（即帕纳科X射线荧光光谱仪原理）是一种非常重要的分析技术，它利用X射线荧光光谱仪进行物质的分析与检测。
X射线荧光光谱仪（XRF）是一种基于X射线的分析技术，能够快速、无损地分析样品的元素成分及其含量。
帕纳科XRF原理通过将样品暴露在高能量的X射线辐射下，激发样品中的原子发生内层电子跃迁，从而产生特定能量的特征X射线。
这些特征X射线与样品中元素的种类和含量密切相关。
X射线荧光分析原理基于这个原理，通过测量样品中发射出的特征X射线的能量和强度来确定样品的元素成分。
帕纳科XRF原理在许多领域都有广泛的应用。
在材料分析方面，它可以用于合金分析、陶瓷成分分析、矿石成分分析等。
在环境监测方面，它可以用于土壤中重金属含量的检测、水中有害物质的检测等。
在文物保护方面，它可以用于非破坏性地分析文物的元素成分，以了解其制作材料和年代等信息。
帕纳科XRF原理具有许多优点。
首先，它非常快速和高效，能够在几分钟内完成样品的分析。
其次，它是一种无损检测技术，不需要破坏样品，适用于各种形态的样品。
此外，它还具有高准确性和重复性，并且可以同时分析多个元素。
然而，帕纳科XRF原理也存在一些局限性。
首先，它对于低能量X射线不敏感，因此无法检测低原子序数元素。
其次，样品的尺寸和形态对分析结果可能产生影响。
最后，它对于元素的定量分析相对有限，通常只能得到元素的相对含量。
随着科学技术的不断发展，帕纳科XRF原理也在不断进步和完善。
未来，我们可以期待更加精确和灵敏的X射线荧光光谱仪的研发，以及更加全面和准确的元素分析方法的开发。
综上所述，帕纳科XRF原理是一种重要的分析技术，具有广泛的应用领域和许多优点。
随着技术的不断进步，帕纳科XRF原理将在各个领域发挥更大的作用。
文章结构部分的内容如下所示：1.2 文章结构本篇长文主要围绕帕纳科XRF原理展开，文章的主要部分分为引言、正文和结论三个部分。
xrf检测的原理和应用
XRF检测的原理和应用1. 引言X射线荧光光谱仪（X-Ray Fluorescence Spectrometer，简称XRF）是一种用于元素分析的仪器。
它能够通过射入样品的X射线，激发样品中的原子产生特定的荧光辐射，并通过测量荧光辐射来确定样品中各种元素的含量。
本文将介绍XRF 检测的原理和应用。
2. 原理XRF检测的原理基于元素的特征X射线发射和吸收。
当样品受到高能X射线束的照射时，样品中的原子会发生内层电子的跃迁，从而产生特定的X射线发射。
每种元素都有特定的能量和强度的特征X射线发射谱。
通过测量样品荧光辐射的能谱，可以确定样品中各种元素的存在及其含量。
XRF检测可以分为荧光光谱测量和荧光辐射谱峰分析两个步骤。
在荧光光谱测量中，X射线荧光光谱仪测量样品放射出的荧光光谱，获得荧光峰。
然后，在荧光辐射谱峰分析中，根据荧光峰的能量和强度，通过谱峰拟合算法计算出样品中各种元素的含量。
3. 应用3.1 金属材料分析XRF检测在金属材料分析中有广泛的应用。
它可以用于检测金属材料中的成分和杂质元素，以确定其质量和合格性。
通过XRF检测，可以快速准确地确定金属材料中各种元素的含量，并对材料进行分类和鉴定。
3.2 地质和矿石分析XRF检测在地质和矿石分析中也具有重要的应用价值。
地质样品中的元素含量是研究地壳构造和地质过程的重要依据。
XRF检测可以用于测量岩石、矿石、矿物和土壤中各种元素的含量，用于地质勘探、矿产资源评价和环境监测等领域。
3.3 环境监测XRF检测在环境监测中起着重要的作用。
它可以检测土壤、水和空气中的有毒元素和污染物，如重金属、有机污染物等。
通过对环境样品的XRF检测，可以快速获得样品中各种元素的含量，评估环境污染程度，并为环境保护提供科学依据。
3.4 文物保护XRF检测在文物保护中也有广泛应用。
文物材料中的元素含量可以提供文物起源、制作工艺和保存状态等信息。
通过对文物样品的XRF检测，可以非破坏地分析元素的含量，判定文物的真伪和年代，并为文物的保护修复提供科学指导。
X荧光光谱法(XRF)
利用能量足够高的X射线 (或电子)照射试样,激发出来的 光叫X射线荧光.利用分光计分析 X射线荧光光谱,鉴定样品的化学 成分称为X射线荧光分析.
X射线荧光分析原理
当样品中元素的原子受到高能X射线照 射时,即发射出具有一定特征的X射线谱, 特征谱线的波长只与元素的原子序数(Z) 有关,而与激发X射线的能量无关.谱线的 强度和元素含量的多少有关,所以测定谱 线的波长,就可知道试样中包含什么元素, 测定谱线的强度,就可知道该元素的含量.
定性分析的步骤
谱图解析: 1)除掉靶发射的所有Ｘ射线 2)查找
K( 49In以下元素)或L( 50 Sn以上元素)与标样相应谱线的2 对比，进行初步判定
3)若存在 K 或L 谱线 ，则需进行强度比的计算以 确定该元素的存在． 4)微量元素，有时只存在 K 线.
定量分析
因为Ｘ射线荧光分析得到的是相对分 析值，所以进行定量分析时需要标样．选 定分光晶体和检测器，统计测量样品发出 的Ｘ射线荧光的强度，将已知含量的标准 样品和未知样品在同一条件下测定，确定 未知样品的含量．
受能 每 激量 一 原的 次 子释 的 的放 跃 二， 迁 次从 都 而伴 射形 随 线成 有 。
X
X
在当今众多的元素分析技术中,X射线荧光技术是 一种应用较早，且至今仍广泛应用的多元素分析 技术。
曾经成功的解决了：矿石中Nb和Ta,Zr和Hf及单个稀土 元素（REE）的测定问题；地质与无机材料分析中工作 量最大，最繁重，最耗时的主次量组分快速全分析的难 题；以及高精度，海量地球化学数据的获取问题等等。
定性分析
基本原理:试样发出的X荧光射线波长 与元素的原子序数存在一定关系,即 元素的原子序数增加,X射线荧光的波 长变短,关系式为 1 1 ( ) 2 K (Z S )
X射线荧光光谱仪的基本原理及应用
所有元素的最大计数率不超过 20000 计数/秒，仪器灵敏度差
高能端(Ag/Sn/Sb K系光谱)，能量色散分辨率优于波长色散 中能端(Fe/Mn/Cr K系光谱)，分辨率相同 低能端 (Na/Mg/Al/Si K系光谱)，能量色散分辨率不如波长散射
3.2 定性与定量分析——半定量分析
半定量分析样品过程：
o 对未知样进行全程扫描 o 对扫描谱图进行Search and Match（包括谱峰的识别， 背景扣除，谱峰净强度计算，谱峰的匹配） o 输入未知样的有关信息 (金属或氧化物；液体，粉末压 片或熔融片；已知浓度组分的输入；是否归一) o 进行半定量分析
光电吸收，非相干散射，气体电离 和产生闪光等现象，以一定的能量 和动量为特征；
E=h , =c /
微粒性
能量、电离、光电吸 收、非相干散射
能量色散X荧光分析
能量单位：eV
同一切微观粒子一样，X射线也具有波动和微粒的 双重性；无论是测量能量还是波长，都可以实现对相应 元素的分析，其效果是一样的。
在停机状态时使用，保护光管免受粉尘污染，还可避免检 1000um Pb 测器的消耗。
2.3 准直器
准直器由一组薄片组成，目的是使从样品发出的X射线以平行 光束的形式照射到晶体。薄片之间的距离越小，越容易形成平 行光，产生的谱线峰形也更锐利，更容易与附近的谱线区分。
准直器以薄片间距来分类
薄片间距
4
一、基础理论与知识
X射Байду номын сангаас荧光的产生
碰撞
内层电子跃迁↑
空位
X射线荧光
外层电子跃迁↓
一、基础理论与知识
X射线荧光分析的分类
X荧光光谱仪(XRF)的基本原理
X荧光光谱仪是根据X射线荧光光谱的分析方法配置的多通道X射线荧光光谱仪，它能够分析固体或粉状样品中各种元素的成分含量。
X射线荧光（XRF）能够测定周期表中多达83个元素所组成的各种形式和性质的导体或非导体固体材料，其中典型的样品有玻璃、塑料、金属、矿石、耐火材料、水泥和地质物料等。
凡是能和x射线发生激烈作用的样品都不能分析，而且要分析的样品必须是在真空（4~5pa）环境下才能测定。
X荧光光谱仪（XRF）由激发源（X射线管）和探测系统构成。
X射线管通过产生入射X射线（一次X射线），来激发被测样品。
受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。
探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。
然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。
元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类，这就是荧光X 射线定性分析的基础。
此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。
近年来，X荧光光谱分析在各行业应用范围不断拓展，广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域，特别是在RoHS检测领域应用得zui多也zui广泛，是一种中型、经济、高性能的波长色散X射线光谱仪。
X荧光光谱仪具有以下优点：a）分析速度高。
测定用的时间与测定精密度有关，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。
大多数分析元素均可用其进行分析，可分析固体、粉末、熔珠、液体等样品，分析范围为Be到U。
（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。
xrf原理
xrf原理XRF原理。
X射线荧光光谱分析（X-ray Fluorescence Spectrometry，XRF）是一种广泛应用于材料分析的无损分析技术。
它通过照射样品表面产生X射线，样品吸收X射线后再发射出特征的荧光X射线，通过测量荧光X射线的能量和强度来确定样品中元素的种类和含量。
XRF原理的核心是荧光X射线的产生和检测，下面将详细介绍XRF的原理及其应用。
XRF原理主要包括激发和检测两个过程。
在激发过程中，X射线管产生高能X射线，照射到样品表面，激发样品中的原子产生荧光X射线。
而在检测过程中，荧光X射线被检测器接收并转换成电信号，然后通过信号处理系统进行能量和强度的测量。
利用X射线的能量和强度，可以确定样品中元素的种类和含量。
XRF原理的应用非常广泛，主要包括金属材料分析、岩矿石分析、环境监测、文物保护等领域。
在金属材料分析中，XRF可以快速准确地测定合金中各种元素的含量，用于质量控制和产品认证。
在岩矿石分析中，XRF可以对矿石样品进行快速分析，确定矿石中各种金属元素的含量，为矿产资源的开发提供重要数据支持。
在环境监测中，XRF可以对土壤、水样等环境样品进行元素分析，用于环境监测和污染治理。
在文物保护中，XRF可以对文物样品进行非破坏性分析，确定文物材料的成分和工艺，为文物保护和修复提供科学依据。
总之，XRF原理作为一种快速、准确、无损的分析技术，已经成为材料分析领域的重要工具，为各种材料的分析和检测提供了有效的手段。
随着科学技术的不断发展，XRF原理在材料分析领域的应用将会更加广泛，为各行业的发展和进步提供强大的支持。
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X射线管的使用： 灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩内
灯丝发射的电子经高压加速撞击在靶极上，产生一次X射线 只有当一次X射线的波长稍短于受激元素的吸收限波长时，才能有效地激发出X 射线荧光
表 各种靶材适合的分析元素范围
靶材
分析元素范围（根据元素周期表排序）
W
＜32-Ge
＜77-Ir
Mo
32-Ge~41-Nb
76-Os~92-U
Pt同W靶Fra bibliotekAu72-Hf~77-Zr
Cr
RhAg
＜23-V或22-Ti ＜58-Ge ＜17-Cl或16-S
W~Cr
W＞22-TI或23-V Cr轻元素
使用谱线（根据原 子核结构层）
1.透过物质按原来方向传播---X射线透射：
拍摄医学透视照片，机场安全管理或工业上作为 材料内部品质鉴定。
2.被散射---X射线衍射： 利用散乱X射线得到物质的结晶信息(构造）
3.被吸收从而产生荧光X射线---X射线荧光： 元素组成和镀层厚度等信息
2.2 X射线荧光的产生： 当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电 子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态
K L K L
L
K L K
3.1.2 复合靶材：如Cr—Mo靶 低压情况下，主要由CR靶产生特征X射线光谱，激发轻元素 高压情况下，主要由MO靶产生连续谱，激发重元素 3.1.3 常用的不同靶材X光管适用的范围：
阳极 Rh Z=45 Au Z=79 Mo Z=42 Cr Z=24
双阳极侧窗靶
重金属 良 优 良 差
能量色散型：依靠样品X射线荧光能量来检测
3.1.0 XRF光谱仪的构造—激发源 X射线管（激发源）的结构
冷却水出
X射线
冷却水进
阳极
钨丝加 热电源
X射线来源： 连续谱 靶元素特征辐射
X射线管结构示意图
高压
3.1.1 X射线管（光源）的靶材
1.单一的靶材：
分析重元素：钨靶
分析轻元素：铬靶
靶材的原子序数越大，X光管压越高，连续谱强度越大。
描分析，在大多数情况下，素同时进行分析，仪器需
无需对光谱进行修正，每 要采用数学模型对光谱进
种元素即可得到很好的信 行修正，这种数学模型很
号
可能导致成倍的误差产生，
所以存在一定的光谱干扰
WDXRF可以很好的降低 样品分析时的背景值
EDXRF通过使用滤光片 或二次靶来降低样品的背 景值
1.4 XRF仪器品牌： SeiKo (日本精工)：台式 Horiba（日本掘场）：台式 Skyray（中国天瑞）：台式 Niton （美国尼通）：手持式 Innov（美国伊洛维）：手持式 Shimadzu（日本岛津）：台式 1.5 XRF测试的优势：
滤波片的位置：
激发源与样品之间（初级滤波片）
样品与检测器之间（次级滤波片）
滤波片的分类： 初级滤波片：置于X射线管与样品之间，是为了得到单色性更好的辐射和降低分 析元素谱感兴趣区内的原级谱散射引起的背景。
次级滤波片：置于样品与检测器之间，主要用于非色谱仪，有得于对试样中产 生的多元素X射线荧光谱线进行能量选择，提高待测元素的测量精度。 初级滤光片作用一：抑制Rh的谱线
3. 0 XRF光谱仪的构造：
X荧光具有一定的波长，同时也具有一定的能量
波长色散型（WDXRF)：按照波长的差异进行分离和检测
能量色散型（EDXRF)：按照能量的差异进行分离和检测
3.1 仪器的主要部件：
激发源，分光系统，滤波器/二次靶，检测器系统，数据处理系统
波长色散型：晶体分光器通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开
作用二：降低背景
利于滤波器（特定的金属薄片）使背景大幅度减少
靶极和管工作电压决定了一次X射线的强度 X射线管所消耗功率的0.2%转变为X射线，其余均转换为热能，因此必须不断通 冷却水冷却靶电极(与激发源结构图结合在一起理解）
3.1.5 XRF光谱仪的构造—滤波器 滤波器的作用
消除或降低来自X射线管发射的原级X射线谱，尤其是靶材的特征X射线对待测元 素的干扰，可改善峰背比，提高分析的灵敏度。
碰撞 跃迁 （高）
空穴 跃迁 （低）
不同元素具有自己的特征谱线---定性基础。
2.4 荧光X射线的波长与元素的原子序数的关系：
莫斯莱定律：随着原子序数的增大，荧光X射线的波长减小，而对应的能量增大
2.5 定量分析：荧光X射线的强度与相应元素的含量成正比。
含A元素越多的话，元素A的X射线荧光也就越强。
然后核外电子自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。
当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射的形式放 出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。 因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。 原子的组成简图：
K层 N层
M层
L层
原子核
2.3 特征光谱的产生：
XRF光谱仪基本原理及结构资料
1.3 WDXRF与EDXRF对比：
解析度 光谱干扰 背景值
WDXRF
EDXRF
取决于仪器中的分光晶体 和光学设计，与EDXRF 相比，WDXRF解析度非
常好，有较少的光谱干扰 和较低的背景值
仪器采用的侦测器的种类 决定了EDXRF的解析度
WDXRF是对光谱进行扫 EDXRF的设计是对多元
不需前处理
被测样品
非破坏性分析
X荧光射线 检测器
全元素同时分析
X射线
X射线管
可对应固体，粉末，液体
2.0 XRF光谱原理：
2.1 什么是X射线？X射线的本质是电磁辐射波，与可见光相似，仅是波长不同而已。
X射线波长：0.01nm-40.0nm
X射线能量：124Kev-0.124Kev
X射线与物质作用时，产生各种不同的和复杂的过程。就其能量转换而言，一束X射 线通过物质时，可分为三部分：
优
轻金属 优 差
差 优
优
附注
适用于轻，重元素，Rh K线 对Ag,Cd，Pd有干扰
通常用于重金属的痕量分析， 但不包括Au,As,Se
用于贵 金属分析，Mo K线激 发Pt族L谱，不干扰Rh-Ag的K 系谱图
用于轻金属的常规分析，Cr谱 线干扰Cr和Mn的测定，对激 发Ti和Ca很有效
现使用很少
3.1.4 X射线管的要求： 要求能够连续地工作于较高的功率水平