南京大学-X射线荧光光谱分析实验报告

表二：能量 - 道址关系拟合结果
故能量 E 与道址 N 之间的关系表达式为： E 0.0448N 0.4379keV
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3 ．确定莫塞莱关系式中的常数
莫塞莱关系
AZ B ，而 E h ，若令 C hA ， D hB ，则有
E CZ D
由表一中轻元素（ Fe, Cu, Zn,Y, Mo ）的数据做出 E Z 的图像，并且进行线性拟合，得
L1 L1 K1 K1 K1 K1 K1 K1 K1
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2 ．由表中已知元素的数据画出能量 - 道址图像，如下：
图二：能量 - 道址关系图像
对图像做线性拟合得到的一些参数为：
参数
拟合结果
斜率
0.0448
截距
0.4379
线性相关系数
99.96%
95% 置信区间
0.04401, 0.0456 0.2546, 0.6212
测出的特征 X 射线能量与已知的各元素特征 X 射线能量值相对照识别出来。
元素的绝对含量可由下式计算：
W
Ni A
n0 i i TN0 4
其中 Ni 为所测元素的一个特征峰计数（扣除本底后的峰面积） ， A 为该元素的原子量， n0 为入
射粒子数， i 为特征 X 射线产生截面， i 表示 KX 射线或 LX 射线， i 为探测该特征峰处的效率、
能量一般在 20keV 以下。正比计数管在此能量范围，探测效率较高，其能量分辨率虽比
Si Li 探
测器差，但远好于 NaI TI 闪烁探测器，质量好的正比管 5.89keV 处分辨率优于 15% ，能满足学
生实验的需要。
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X 荧光分析可以同时测出样品中所含元素种类和各元素绝对或相对含量。
所含元素种类可以由
出，产生电子空位，原子处于激发态。外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放
出跃迁能量，原子回到基态。跃迁能量以特征
X 射线形式释放，或能量转移给另一个轨道电子，使
该电子发射出来，即俄歇电子发射。测出特征
X 射线能谱，即可确定所测样品中元素种类和含量。
特征曲线 X 射线根据跃迁后电子所处能级可以分为 K , L , M 系等； 根据电子跃迁前所在能级又
样品相同的几何条件下， 测出各元素的特征 X 射线峰所在的道址和相应的计数。 由特征 X 射线能量
数据表查出标样中各元素特征 X 射线的能量，作出能量一道址曲线。
2 ．验证莫塞茉定律
用数种纯金属样品，测出它们的特征 X 射线能量，验证满足上述关系
3 ．样品测量。
AZ B
X 荧光分析可以同时测出样品中所含元素种类和各元素绝对含量。元素绝对含量可由下式计算：
132
Zn
181
Fe
132
Mo
379
Y2O3
327
TiO 2
93
1 元硬币
156
1 毛硬币
132
5Biblioteka Baidu毛硬币
170
能量 / keV
10.5515 12.6137 8.04778 6.40387 8.63886 6.40384 17.4793 14.9584 4.51084
表一： X 荧光分析实验数据
线系
Ni , N j 。
1913年莫塞莱发现元素的特征 X 射线频率 与原子序数 Z 有下列关系：
AZ B 式中 A, B 是常数；对一定范围内的元素， A, B 不随 Z 改变。
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三．实验仪器
射线源，探测器，计算机，多种样品
四．实验内容 1 ． X 荧光分析仪能量 - 道址关系。 可以选一组特征 X 射线峰相隔较远，峰不重迭的元素，以不同的相对含量制成一组样品，在与测试
谱上。如图 1 能谱示意图所示。
图一：能谱示意图
测量特征 X 射线常用 Si Li 探测器，它的能量分辨率高，适用于多元素同时分析，也可选用 Ge Li 或高纯 Ge探测器，但均价格昂贵。
在 X 荧光分析中， 对于轻元素 （一般指 Z 45 的元素）通常测其 KX 射线，对于重元素 （ Z 45
的元素），因其 KX 射线能量较高且比 LX 射线强度弱，常测其 LX 射线，这样测量的特征 X 射线
可分为 K , K , K , L , L 等不同谱线。特征 X 谱线的的能量为两壳层电子结合能之差。因此，所有
元素的 K , L 系特征 X 射线能量在几千电子伏到几十千电子伏之间。
X 荧光分析中激发 X 射线的方
式一般有三种：
（ 1）用质子、 α粒子等离子激发
（ 2）用电子激发；
（ 3 ）用 X 射线或低能 射线激发。我们实验室采用 X 射线激发（ XIX 技术），用放射性同位 素作为激发源的 X 光管。
T 为该特征 X 射线在样品中的透射率，对薄样品近似为
1。
N 0
为阿伏伽德罗常数，
为探测器对
样品所强立体角。样品中 A, B 两种元素的含量比可由下式计算：
WA WB
NiAAA
N
B j
A
B
BB jj
AA ii
样品中元素的含量亦可以根据前述标准样品测得的定标曲线，用同样测试时间比较测出。
对峰重迭的谱，需要用曲线（常用高斯线）拟合法，算出峰面积
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一．实验目的
X 荧光分析
1 ．了解能量色散 X 荧光分析的原理、仪器构成和基本测量、分析方法。
2 ．验证莫塞莱定律，并从实验推出屏蔽常数。
3 ．研究对多道分析器的定标，以及利用 X 荧光分析测量位未知样品成分及相对含量的方法。
二．实验原理
以一定能量的光子、电子、原子、
粒子或其它离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击
.
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XIX 技术中，入射光子除与样品中原子发生光电作用产生内壳层空位外，还可以发生相干散射 和非相干散射（康普顿散射） ，这些散射光子进入探测器，形成 XIX 分析中的散射本底。另外，样
品中激发出的光电子又会产生轫致辐射，但这产生的本底比散射光子本底小得多，且能量也较低，
一般在 3keV 以下。 所以 XIX 能谱特征是： 特征 X 射线峰叠加在散射光子峰之间的平坦的连续本底
图三： E Z 的关系图像
对图像做线性拟合得到的一些参数为：
参数
拟合结果
95% 置信区间
斜率（ C ）
0.1031
0.1027, 0.1035
W
Ni A
n0 i i TN0 4
样品中 A, B 两种元素的含量比可由下式计算：
WA WB
NiAAA
N
B j
A
B
BB jj
AA ii
通过测量样品的特征 X 射线能量来判断样品中的元素成分
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五．数据处理
1 ．对多种材料的 X 荧光分析实验数据如下：
元素
道址
Pb
228
Pb
270
Cu
169
Zn Fe