X射线荧光分析

X射线荧光光谱仪



探测器的作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的 有盖格计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探 测器等。 量子力学知识告诉我们，X 射线具有波粒二象性，既可 以看作粒子，也可以看作电磁波。看作粒子时的能量 和看作电磁波时的波长有着一一对应关系。这就是著 名的普朗克公式：E=hc/λ。显然测试能量，实现对相 应元素的分析，其效果是完全一样的。 记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部分组成。 通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入计算机，进 行联机处理而得到被测元素的含量。
在农产品重金属检测中的应用
农产品中微量元素的存在及对人体的影响早已为人们所认 识，并且微量元素在蔬菜、果树等农作物的生长发育中起 着非常重要的作用。农作物生长需要的营养元除氮、磷、 钾、钙等大量元素外，还有镁、铁、锰、锌、硼等微量元 素。此外，人类对环境中重金属元素的暴露主要来自土壤 － 作物－ 食物的迁移，不同环境中重金属的积累特点及其 向食物的迁移可能导致对人类健康的不同影响。蔬菜是最 易“吸收”重金属元素的农作物，因此，当土壤被环境重 金属污染后，生长的蔬菜与其他作物相比，对多种重金属 的富集量要大得多。为此，监测和控制农业环境污染、快 速准确地分析农产品中的各种成分，是发展现代化农业的 重要课题之一。
X 射线荧光能谱仪
X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简单。 X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性同位 素。能量色散用脉冲幅度分析器 。探测器和记录等 与X射线荧光光谱仪相同。
X 射线荧光能谱仪

这种仪器只须采用小型激发源（如放射性同位素 和小型 X射线管等）、半导体探测器„如硅（锂） 探测器‟、放大器和多道脉冲幅度分析器，就可 以对能量范围很宽的X射线谱同时进行能量分辨 (定性分析)和定量测定。而且，由于无需分光系 统，样品可以紧靠着探测器，光程大大缩短，X 射线探测的几何效率可提高2～3个数量级，因而 灵敏度大大提高，对激发源的强度要求则相应降 低。所以，整个谱仪的结构要比波长色散谱仪简 单得多。
X射线荧光产生机理图
X射线荧光分析原理
X 射线荧光光谱定性分析原理
生成荧光X射线的波长只与式样的原子序数有关 从原子物理学里我们可以知道，对每一种化学元素 的原子来说，都有其特定的能级结构，其核外电子 都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，所 以对于一种元素来说内层原子激发后，从外层某一 能级跃迁到内层放出的能量是固定不变的。因此通 过测试辐射出的荧光X射线，可以确定式样相应的元 素，通过分析荧光X射线的强度可以分析元素在式样 中的含量
在珠宝首饰检测中的应用


天然宝石品种的鉴定区分 天然宝石中的绝大多数是无机晶质体矿物,每种矿物具 有特定的化学成分和晶体结构。测试出矿物中的ห้องสมุดไป่ตู้要 化学元素对鉴定和区分外观相似的宝石是具有诊断性 的，这在采用其它测试手段无能为力时，效果更为显 著。 天然宝石亚种的鉴定区分 区分同一族、同一亚族或同一矿物常可衍生出不同的 宝石品种，这些宝石常具有类似的化学成分，有的所 含常量元素含量变化较大，有的是微量元素含量明显 不同，根据X 荧光能谱定量或半定量结果可以进行区分。

X射线荧光光谱仪

X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、 记录及数据处理等单元组成。
X射线荧光光谱仪
激发单元的作用是产生初级X射线。它由高压 发生器和X光管组成。后者功率较大，因此要 用水和油同时冷却，从而保证仪器性能。 色散单元的作用是分出想要波长的X射线。它 由样品室、狭缝、测角仪、分析晶体等部分组 成。 通过测角器以1∶2速度转动分析晶体和探测 器，可在不同的布拉格角位臵上测得不同波长 的X射线而作元素的定性分析。
X 射线荧光光谱定性分析
根据莫塞莱（H.G.J.Moseley）对荧光光谱的系 统研究得出了荧光波长λ和式样原子序数之间 的关系，即莫塞莱定律 (1/ λ ) 1/2=K2(Z- δ) 公式中，K2 和δ都是常数。从定律中不难看出： 式样的原子序数越大，相应于同一系的荧光波 长越短。
X 射线荧光光谱定量分析
X射线荧光光谱仪
在定量分析中，经过定标器的信号脉冲（分 析线强度），可以直接输入电子计算机，进行 联机处理而读取分析元素的含量，也可从定标 器上读取分析线的强度，然后进行脱机处理。 在定性分析中，经过脉冲幅度分析器的信号， 可以直接输入计数率计，通过记录器笔录下来， 进行定性或半定量分析。在作近似定量分析时， 也可以通过数据处理机进行。
在土壤重金属检测中的应用
上述方法是较成熟的方法，准确度高，但均需 对样品进行湿法消解，检测步骤繁琐，预处理 过程中易有样品损失或使样品沾污，且需使用 大量的化学试剂，造成环境的二次污染。 而X 射线荧光光谱技术具有准确度高，分析速度快， 试样形态多样性及测定时的非破坏性等特点， 常用于常量元素的定性和定量分析以及进行微 量元素的测定，其检出限多数可达mg /kg 级， 测量的元素范围广，可以在十几分钟之内可同 时测定20 多种元素的含量。
X 射线荧光技术在重金属检测中的应用 近年来，关于重金属污染事件屡见不鲜，从湖南儿童 血铅超标事件，陕西凤翔数百儿童铅超标到重金属污 染“菜篮子”等。最近《南方周末》又有报道说，饮 水机内也存在重金属污染，可见重金属污染已影响到 我们的生活环境。在我国，目前遭受重金属污染的耕 地已达2000 万公顷，约占耕地面积的20%。每年，重 金属污染导致粮食减产超过1000 万吨，超过1200 万 吨的粮食被重金属污染，经济损失达200 亿元。重金 属污染导致土壤环境质量恶化，严重危害了农业生态 系统的良性循环和人类的生存环境，因此，了解重金 属污染情况和重金属快速检测有十分重要的意义。
X 射线荧光能谱仪
作为激发源的X射线管，其发射的X射线既可 以在通过滤光片后直接激发样品，还可以由激 发次级靶，利用便于随意选择的靶材发射出来 的标识线经过滤光片后去激发待测的样品，这 可以大大提高分析线与本底的对比度，对少量 或痕量元素的测定特别有利。
光谱仪与能谱仪比较
X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优 缺点。前者分辨率高，对轻、重元素测定的适 应性广。对高低含量的元素测定灵敏度均能满 足要求。后者的X射线探测的几何效率可提高 2-3数量级，灵敏度高。可以对能量范围很宽 的X射线同时进行能量分辨(定性分析)和定量 测定。对于能量小于2万电子伏特左右的能谱 的分辨率差。
X 射线荧光技术在重金属检测中的应用
在土壤重金属检测中的应用 重金属污染物在土壤中的滞留时间长，一般 不易迁移，也不能被土壤微生物分解，相反， 可在土壤中累积，并通过食物链在生物体中富 集，或转化为毒性更大的甲基化合物，对食物 链中某些生物达到有害水平，最终在人体内蓄 积而危害人体健康。土壤重金属检测一般采用 原子吸收光谱( AAS) 、电感耦合等离子体质 谱仪( ICP /MS) 以及电化学等方法。
荧光X射线检测仪器
根据分光方式的不同，X射线荧光分析可分为 能量色散和波长色散两类，也就是通常所说的 能谱仪和波谱仪。 通过测定荧光X射线的能量实现对被测样品的 分析的方式称之为能量色散X射线荧光分析， 相应的仪器称之为能谱仪 通过测定荧光X射线的波长实现对被测样品分 析的方式称之为波长色散X射线荧光分析，相 应的仪器称之为X射线荧光光谱仪。
当用X 射线( 一次X 射线) 做激发源照射试样，使 试样中元素产生特征X 射线( 荧光X 射线) 时，若 元素和实验条件一样，荧光X 射线的强度Ii与分析 元素的质量百分浓度Ci的关系可以用下式表示: Ii = KCi /μm 式中，μm是样品对一次X 射线和荧光射线的总质 量吸收系数； K 为常数，与入射线强度 和分析 元素对入射线的质量吸收系数有关。在一定条件 下( 样品组成均匀，表面光滑平整，元素间无相 互激发) ，荧光X 射线强度与分析元素含量之间存 在线性关系，根据谱线的强度可以进行定量分析。
小组人员：高珂 张帆
X射线荧光分析
X射线荧光分析概念 X射线荧光分析基本原理 荧光X射线检测仪器 X射线荧光分析法的技术特点 X射线荧光分析技术的主要应用领域
X射线荧光分析概念
X射线的产生
通常获得X射线是利用一种类似热阴极二极管的装臵，用一 定材料制作的板状阳极和阴极密封在一个玻璃-金属管壳内， 阴极通电加热，在阳极和阴极见加以直流电压U(数千伏至 十千伏)，则阴极产生大量的热电子e将在高压电场的作用 下飞向阳极，在它们与阳极碰撞的瞬间产生X射线。用仪器 检测此X射线的波长课发现其中包含两种类型的波普，即连 续X射线谱和特征X射线谱（X射线荧光光谱）
在珠宝首饰检测中的应用

贵金属首饰成色检测 市场上已有多种型号的测金仪出售，大多配备放射性 同位素源，以正比计数管为探测器。固定的放射性同 位素源激发能量的范围较窄，正比计数管的分辨一般 较低。因此，这种组合适合于单元素或少元素样品的 定量测试。如使用241Am 放射性同位素源，适合于激 发能量较高的Au ( L系) 、Ag ( K 系) 、Pt ( L 系) 、Pd( K 系) 荧光，可用于贵金属成色分析。为了准确定量分析 的目的，所有仪器均经过使用标准样品或标准物质进 行校正。目前，在中国使用的有沈阳冶炼厂生产的黄 金合金标准物质和铂钯合金标准样品。大型X 荧光能谱 仪用于贵金属成色检测更为准确，同样需要标准物质 和标准样品做校准之用。
在农产品重金属检测中的应用
国内外的一些学者已经取得了一些成果。 Gunther 等报道用全反射 X 射线荧光光谱法同时测定了蔬菜中多种元素: P，S，Cl，K，Ca， Ti，Mn，Fe，Cu，Zn，Br，Rb 和Sr，除Ni，Ti，Br 和Cl 外，变异 系数低于10%，回收率为95% ～ 110%。Nielson等利用XRF 方法测 定了水果、蔬菜和谷物制品中镁、磷、硫、氯、钾、钙、锰、铁、 铜和锌的含量，检出限为0．8 ～ 300 ppm。M． Xie 等利用全反 射X 射线荧光光谱仪对中国名茶( 普洱茶) 进行多元素分析。Ju Ivanova 等利用ED － XRF 检测植物中的有毒元素，并比较不同放射 性元素照射下的适用能力。高希娟、钟易水等使叶片、水果等农作 物样品经高温灰化后与石英混合，采用粉末压片制样－ X 射线荧光 光谱法同时测定样品中的钙钾钠铁等九种元素，该分析方法检出限、 精密度和准确度能够满足农林业的生产和科研需要。