(完整版)XRF-X-射线荧光光谱仪
xrf(x荧光光谱仪)技术指标
xrf(x荧光光谱仪)技术指标XRF 技术指标基本性能参数分辨率：能量分辨率，以电子伏特 (eV) 表示，描述仪器区分不同能量 X 射线的能力。
灵敏度：检测下限，以质量浓度或计量单位表示，描述仪器检测特定元素的最低水平。
稳定性：仪器在一段时间内保持稳定测量结果的能力，通常用计数率的变化表示。
重复性：相同样品在相同测量条件下多次测量的结果一致性，通常用相对标准偏差 (RSD) 表示。
线性范围：仪器测量结果与样品中元素浓度之间保持线性关系的浓度范围。
激发源：产生 X 射线辐射的组件，可以是 X 射线管或放射性同位素。
光学元件：柱状准直器、单色器和探测器，用于处理来自激发源的 X 射线，以提高分辨率和信噪比。
探测器：光电倍增管或半导体探测器，用于检测 X 射线并将其转换为电信号。
数据处理参数分析软件：用于处理和分析 XRF 谱数据的软件，包括定性和定量分析功能。
校准：使用已知浓度的标准样品建立测量结果与元素浓度之间的关系。
定量方法：用于计算样品中元素浓度的算法，例如基本参数法和校准曲线法。
尺寸：仪器的物理尺寸和重量。
功耗：仪器在运行期间消耗的电力。
工作温度：仪器正常运行所需的温度范围。
环境要求：仪器正常运行所需的相对湿度、气压和振动水平等环境条件。
其他考虑因素应用：仪器的适用范围，例如元素分析、材料表征或环境监测。
样品类型：仪器可以分析的样品类型，例如固体、液体或气体。
自动化程度：仪器自动执行测量、处理和分析的能力。
用户界面：仪器操作的难易程度和直观性。
技术支持：制造商提供的技术支持水平，例如维护、维修和软件更新。
X射线荧光光谱仪的两种分析方法
X射线荧光光谱仪的两种分析方法X射线荧光光谱仪（X-ray fluorescence spectrometer，XRF）是一种常见的化学分析仪器，可以在不破坏样品的情况下进行非破坏性的化学分析。
在XRF分析中，通过照射样品并测量样品辐射出的荧光X射线，可以确定样品中各种元素的含量。
本文介绍XRF的两种常见分析方法：定量分析和定性分析。
定量分析定量分析是通过测量样品辐射出的荧光X射线的强度，并根据已知标准样品的荧光强度与元素含量的关系，来计算样品中某种元素的含量。
在定量分析中，需要用到标准样品，这些样品已知各种元素的含量，例如NIST（美国国家标准技术研究所）的SRM（标准参考材料）。
定量分析的具体步骤如下：1.样品制备样品需要制备成薄片或颗粒状，通常需要使用磨片机或压片机进行制备。
为了获得准确的分析结果，样品制备时需要注意不要引入其他元素。
2.样品照射将样品放置在X射线荧光光谱仪中，使其受到射线照射，激发出元素的荧光X 射线。
3.测量荧光X射线利用荧光X射线探测器测量样品辐射出的荧光X射线的强度。
4.标准样品校准用标准样品进行校准，建立荧光强度与元素含量之间的关系。
对于每种元素，建立一个标准曲线。
5.计算元素含量利用标准曲线和样品荧光强度计算样品中某种元素的含量。
定性分析定性分析是通过比较样品荧光X射线的能量和强度与已知标准样品的对比，来确定样品中各种元素的类型和含量。
与定量分析不同，定性分析不需要对荧光强度进行精确的量化测量。
定性分析的具体步骤如下：1.样品制备和照射与定量分析相同。
2.测量荧光X射线与定量分析相同。
3.谱图比较将样品荧光X射线的能量和强度与标准样品进行比较，确定样品中含有哪些元素。
4.确定元素类型和含量通过谱图比较确定元素类型，通过谱峰强度的相对大小和谱图形状确定元素含量。
总结定量分析和定性分析是X射线荧光光谱仪中常用的分析方法，在各自的分析领域中都有广泛的应用。
定量分析需要进行精确的荧光强度测量和标准曲线建立，适用于需要准确测量各种元素含量的分析场合，例如矿石、环境样品等。
x-射线荧光光谱仪 工作原理
x-射线荧光光谱仪工作原理
X-射线荧光光谱仪是一种利用物质表面被入射X-射线激发产
生的荧光辐射来分析物质成分的仪器。
其工作原理如下：
1. 产生X-射线：通过加速电子的方式产生较高能量的X-射线。
通常采用电子加速器或X-射线管产生X-射线。
2. 入射X-射线：产生的X-射线经过透镜或全反射镜聚焦，使
其成为一束准直的X-射线入射到待分析的样品上。
3. X-射线激发：入射的X-射线与样品中的原子相互作用，使
得样品中的原子内部产生电离和激发。
4. 荧光辐射：被激发的原子内部的电子重新排布，从高能级跃迁到低能级时，会发出特定波长的荧光辐射。
这些荧光辐射的波长与样品中的元素种类和原子结构相关。
5. 信号检测与分析：荧光辐射被光学系统收集，并经过光电倍增管或固态探测器（如硅PIN二极管）转换为电信号。
电信
号经放大和转换后，可以通过计数器、频谱仪等设备进行信号的检测和分析。
6. 数据处理和结果展示：通过对荧光光谱中特定峰位的识别和曲线拟合，可以得到样品中的元素种类和含量信息。
这些数据
可以进一步进行数据处理和结果展示，为分析者提供详细的样品组成分析结果。
第3章 X射线荧光光谱(XRF)PPT课件
MC1-5 68.5 6.85 5.08 3.52
14.4
0.04 0.73 0.00 0.44
MC1-6 39.40 13.10 0.96 1.20
44.80
0.10 0.07 0.02 0.02
MC1-7 70.58 0.74 9.36 4.23
-
0.08 1.82 0.09 0.25
（5）制样简单，固体、粉末和液体样品都可测定，样品 在分析中不受破坏，属于无损分析法；
（6）多元素同时分析，分析自动化程度高，分析速度快， 几分钟内可同时给出一个样品种所含的几十种元素的定 性、定量分析；
（7）仪器分析计算机操作，计算机计算输出元素百分含 量结果。
尤其是合于地质样品的分析，因而，在地质科学研究中是 不可缺少的仪器设备
三、XRF分析的特点
X射线荧光光谱在元素的定性和定量分析中得到广泛应 用，它的突出特点是： （1）谱线简单，多元素间干扰比发射光谱小，除少数轻 元素外，它基本不受化学键和元素在化合物中状态影响； （2）分析灵敏度高，大多数元素检出限达到10-5-10-8g/g; 分析元素的范围宽，从硼到铀（5-92）元素都可以分析， 常用的元素分析范围是氟到铀（9-92） （3）定量分析响应范围宽，从常量到微量mg/kg （4）分析方法的精密度高，误差一般在5%以内；
1. TXRF分析仪工作原理：
TXRF利用全反射技术 会使样品荧光的杂散本底比 XRF降低约四个量级 从而大大提高了能量分辨率和灵 敏率 避免了XRF和WXRF测量中通常遇到的本底增强 效应 大大缩减了定量分析的工作量和工作时间 同时提 高了测量的精确度
2. TXRF元素分析仪主要性能指标
（1）最低绝对检出限：pg 级 （2）最低相对检出限：ng/ml级 （3）单次可用时分析元素数量：20多种 （4）测量元素范围：可以从11号元素到92号元素 （5）样品用量：μl，μg级； （6）可以进行无损分析 （7）测量时间：一般1000秒 （8）输入功率：小于2kw （9）从测量操作到分析出结果全部自动化 （10）主体尺寸：180×80×95（高）cm3
X射线荧光光谱(XRF)分析
消除基体效应
基体效应会影响XRF的测 量结果，因此需要采取措 施消除基体效应，如稀释 样品或添加标准物质。
固体样品的制备
研磨
将固体样品研磨成细粉，以便进行XRF分析。
分选
将研磨后的样品进行分选，去除其中的杂质和粗 颗粒。
压片
将分选后的样品压制成型，以便进行XRF测量。
液体样品的制备
1 2
稀释
将液体样品进行稀释，以便进行XRF分析。
定性分析的方法
标样法
01
通过与已知标准样品的荧光光谱进行比较，确定样品中元素的
种类。
参考法
02
利用已知元素的标准光谱，通过匹配样品中释放的X射线荧光光
谱来识别元素。
特征谱线法
03
通过测量样品中特定元素的特征谱线，与标准谱线进行对比，
确定元素的存在。
定性分析的步骤
X射线照射
使用X射线源照射样品，激发 原子中的电子跃迁并释放出X 射线荧光光谱。
XRF和ICP-AES都是常用的元素分析方法，ICP-AES具有更高的灵敏度和更低 的检测限，适用于痕量元素分析，而XRF具有更广泛的应用范围和更简便的操 作。
XRF与EDS的比较
XRF和EDS都是用于表面元素分析的方法，EDS具有更高的空间分辨率，适用于 微区分析，而XRF具有更广泛的元素覆盖范围和更简便的操作。
XRF分析的局限性
01
元素检测限较高
对于某些低浓度元素，XRF的检 测限相对较高，可能无法满足某 些应用领域的精度要求。
02
定量分析准确性有 限
由于XRF分析基于相对强度测量， 因此对于不同样品基质中相同元 素的定量分析可能存在偏差。
03
对非金属元素分析 能力有限
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 )
(完整版)X射线荧光光谱分析XRF
Direct excitation
WDXRF Sample
EDXRF Sample
Secondary excitation
Polarized EDXRF
X-ray tube
Sample
X-ray tube
Promary collimator
Detector
Analysing crystal 2
02:57:03
（2）荧光分析原理
每一种元素都有其特定波长（或能量）的特征 X射线。通过测定试样中特征X射线的波长（或能 量），便可确定试样中存在何种元素，即为X射线 荧光光谱定性分析。
元素特征X射线的强度与该元素在试样中的原 子数量（即含量）成比例。因此，通过测量试样中 某元素特征X射线的强度，采用适当的方法进行校 准与校正，便可求出该元素在试样中的百分含量， 即为X射线荧光光谱定量分析。
重元素U – K 重元素U – K 轻元素Cl – F 轻元素Be, B, C, N
02:57:03
（5）分光晶体 (Crystal)
❖有 8个 供 选 择 的 晶 体可覆 盖所有波长，分布在一个滚 筒周围。分光晶体的作用是 通过衍射将从样品发出的荧 光按不同的波段分离，根据 的原理是布拉格方程。晶面 间距d值不同，可供选择的 晶体很多，仪器中选用5块 晶体。晶体的选择决定可测 定的波长范围，即可测定的 元素。
子发射发光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱法等）及电 子探针分析。 特点：1）非破坏的方法 ；2）绝大多数物理分析方法的分 析区域很小 ；3）物理分析方法多为表面分析方法；4）分 析速度快；5）灵敏度高，可测出痕量元素。
02:57:03
X射线荧光光谱分析（XRF）
X荧光光谱法(XRF)解析
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 )
式中K ,S:随不同谱线系列而定的常 数;Z:原子序数.
定性分析
从试样发出的X射线荧光具有所含元素 的固有波长,该波长可用Bragg公式表示:
波长色散型:分光元件(分光晶体+狭缝); 特点:分辨率好,定性分析容易(谱线重叠 少);分析元素为 5 B 92U 灵敏度低. 能量色散型:半导体检测器;分辨率差,定 性较难(谱线重叠多),分析元素为 11 Na 92U 灵敏度高.需液氮冷却.
X射线管
波长色散型X射线荧光分析装置原理
X射线荧光光谱仪器组成
X射线发生系统:产生初级高强X射线,用于激发样品; 冷却系统:用于冷却产生大量热的X射线管; 样品传输系统:将放置在样品盘中的样品传输到测定位置 分光检测系统:把样品产生的X射线荧光用分光元件和检 测器进行分光,检测; 计数系统:统计,测量由检测器测出的信号,同时也可以除 去过强的信号和干扰线; 真空系统:将样品传输系统和分析检测系统抽成真空 ,使 检测在真空中进行(避免强度的吸收损失); 控制和数据处理系统:对各部分进行控制,并处理统计测 量的数据,进行定性,定量分析,打印结果.
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。
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( 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。
n=1，λ是波长。
n 2d sin
此定律是波长色散型X荧光仪的分光原理，使不同元素不同
波长的特征X荧光完全分开，使谱线处理工作变得非常简单，
降低了仪器检出限。
比尔-朗伯定律（Berr-Lambert's law）是反应样品吸 收状况的定律，涉及到理论X-射线荧光相对强度的计算问 题。
当X射线穿过物质时，由于物质产生光电效应、康普 顿效应及热效应等，X-射线强度会衰减，表现为改变能量 或者改变运动方向，从而使向入射X-射线方向运动的相同 能量X-射线光子数目减少，这个过程称作吸收。
X-射线的能量与原子能级差 的 数 量 级 相 当 ， 待 测 元 素 经 X射 线 照 射 后 ， 发 生 X- 射 线 吸 收 ， 产 生 光 电 转 换 效 应 。 初 级 X- 射 线光子的能量稍大于待测元素原 子内层电子的能量时，才能击出 相应电子。光子与原子作用后， 在原子内层中形成空穴，使原子 处于不稳定的高激发态，在随后 的 10-14~10-7s 内 ， 较 外 层 轨 道 上 的电子发生跃迁来填充空穴，原 子恢复稳定的电子组态，并发射 出待测元素的特征 X-射线荧光。图2 X-射线与Auger电子产生过程
WD-XRF的X射线荧光出来后通过分光晶体分光，通过不同的波长检测。 ED-XRF的X射线荧光出来后直接被检测器收集，通过数模转换得到结果。 ED-XRF体积小，价格相对较低，检测速度比较快，但分辨率没有WDXRF好。
图3 荷兰PHILIPS公司 Magix PW2424型X射线荧光光谱仪结构图
三大定律
2
布拉格定律 Bragg
3
朗伯-比尔定律 Beer-Lambert
莫斯莱定律(Moseley's law)，是反映各元素X-射线特征光 谱规律的实验定律。1913 年H.G.J.莫斯莱研究从铝到金的 38种元素的X-射线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方 根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。
分类
波长色散型 (WD-XRF)
能量色散型 (ED-XRF )
WD-XRF和ED-XRF的区别？
仪器类型 分光晶体 分辨率 仪器价格 仪器结构
WD-XRF
ED-XRF
有
无
好
$18-45万/台（单道 扫描$18-25万/台）
一般，轻元素不能 检测
$6-11万/台（较小 型的$6-7万/台）
复杂
较简单
比尔—朗伯定律数学表达式：
A=lg(1/T)=Kbc A-吸光度，T-透射比是透射光强度比上入射光强度 ，K摩尔吸收系数，它与吸收物质的性质及入射光的波长λ有 关，c-吸光物质的浓度， b-吸收层厚度。
1.2 XRF仪器介绍
1.2.1生产厂家：美国热电集团瑞士ARL公司
仪器型号：ADVANTXP； 主 要 附 件 ： CWY-II-10kVA 稳 压 电 源 、 循 环 水冷却机、YYJ-40压片机、ZM-1振动研磨 机 、 CLAISSE 熔 样 机 ； 联 想 计 算 机 ； HP1200激光打印机；
1.2.2 生产厂家：荷兰PANalytical公司
1.2.3 生产厂家：英国牛津仪器公司
1.2.4 生产厂家：德国斯派克分析仪器公司
1.2.5 生产厂家：美国伊诺斯Delta DE-2000手持仪器
二、XRF构造和元件
什么是XRF？
用X-射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧 光X-射线，需要把混合的X-射线按波长（或能量）分开，分 别测量不同波长（或能量）的-射线荧光光谱仪（XRF）。
技术指标及性能特点：4GN铑靶、超尖端、超薄窗(75um)、端窗X射线管，固 态3.6kW高功率发生器， 最大电压60kV，或最大电流120mA，9位晶体转换 器，闪烁计数器， 最大线性计数1500kcps，流气正比计数器，最大线性计数 2000kcps，流气正比计数器窗膜0.9um。 主要用途及使用方向：配备Uniquant 5.12版无标样分析软件。可对大部分固 体样品中的70几个元素进行无标样半定量分析，特别适合基体复杂、无标准 物质的样品分析。也可用于金属材料、高纯金属、化工产品、化学试剂、岩 石、矿物、土壤、植物等样品中常量和痕量的定量分析。检出限：10μg/g左 右，精密度小于1%。