线荧光光谱仪定量分析方法
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射线荧光光谱定量方法 内标法
x射线荧光光谱定量方法内标法
答案：
X射线荧光光谱仪的定量分析方法中，内标法是一种重要的技术手段。
内标法在X荧光光谱仪的定量分析中，主要依赖于标准样品的组成与试样组成尽可能相同或相似，以此来最小化基体效应或共存元素的影响，确保测定结果的准确性。
基体效应指的是样品的基本化学组成和物理化学状态的变化对X射线荧光强度的影响。
例如，在测定不锈钢中Fe和Ni等元素时，由于一次X射线的激发，可能会产生NiKα荧光X射线，而NiKα在样品中可能被Fe吸收，导致Fe激发产生FeKα。
这种情况下，如果Ni的测定因为Fe 的吸收效应而结果偏低，而Fe的测定则因为荧光增强效应而结果偏高。
为了克服这个问题，内标法采用基本参数法，即在考虑各元素之间的吸收和增强效应的基础上，用标样或纯物质计算出元素荧光X射线理论强度，并测量其荧光X射线的实际强度。
通过比较实测强度与理论强度，求出该元素的灵敏度系数。
在测定未知样品时，先测定试样的荧光X射线强度，根据实测强度和灵敏度系数设定初始浓度值，再由该浓度值计算理论强度。
将测定强度与理论强度比较，达到某一预定精度，否则要再次修正。
这种方法需要测定和计算试样中所有的元素，并且要考虑这些元素间相互干扰效应，计算非常复杂，因此必须依靠计算机进行计算。
内标法的应用不仅提高了X荧光光谱仪定量分析的准确性，还通过计算机辅助计算，使得复杂的分析过程得以简化，从而提高了工作效率和分析结果的可靠性。
这种方法在材料科学、地质勘探、环境监测等领域有着广泛的应用，为各种材料的成分分析提供了重要的技术支持。
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射线荧光光谱仪测试步骤
x射线荧光光谱仪测试步骤X射线荧光光谱仪是一种常用的材料成分分析仪器，可以用于测定元素周期表中大部分元素的含量。
以下是X射线荧光光谱仪的测试步骤：一、样品准备1.样品要求：样品应具有代表性，粉碎至200目左右，确保样品均匀。
2.样品制备：将破碎的样品放入样品杯中，压实并刮平表面。
对于块状样品，应将其切割成薄片，并确保表面平整。
3.样品称重：对于需要定量分析的样品，应精确称量其质量。
二、仪器准备1.开机：打开X射线荧光光谱仪的电源，启动计算机操作系统。
2.仪器校准：使用标准样品对仪器进行校准，以确保测试结果的准确性。
3.测试参数设置：根据待测样品的性质和测试要求，设置合适的测试参数，如电压、电流、扫描范围等。
三、样品测试1.扫描样品：将准备好的样品放入样品杯中，放置在样品台上。
2.开始测试：启动测试程序，输入样品信息，开始测试。
3.监控测试过程：在测试过程中，应密切关注测试进度和仪器状态，如有异常情况应及时处理。
4.记录数据：测试完成后，应将测试数据记录在专用的测试报告中，包括样品的标识、测试时间、测试参数等。
四、数据处理与分析1.数据处理：对采集到的原始数据进行处理，如去除背景干扰、平滑处理等。
2.元素分析：根据处理后的数据，使用相应的计算方法和数学模型对各元素进行分析，得出其含量。
3.结果验证：对分析结果进行验证，如检查分析结果的准确性和可靠性。
如有需要，可以进行重复测试或使用其他方法进行验证。
4.报告编写：根据测试和分析结果，编写测试报告，包括样品信息、测试数据、分析结果等内容。
如有需要，可以撰写技术说明或科技论文。
五、注意事项1.在操作X射线荧光光谱仪时，应严格按照仪器说明书和相关规定进行操作，确保人身安全和仪器正常运行。
2.对于高精度测试或定量分析，应使用标准样品进行校准，以确保测试结果的准确性。
同时，在测试过程中应避免样品污染或交叉干扰。
3.在数据处理和分析时，应采用合适的计算方法和数学模型，确保分析结果的可靠性。
X射线荧光光谱分析技术介绍之一(理论)
X射线的产生: 特征谱线（光电效应）
内层电子被激发 外层电子跃迁到内层空位 原子不稳定（激发态） 跃迁过程产生能量差 X射线荧光光谱仪
能量差以X射线的形式释放
能量差以俄歇电子的形式释放
俄歇谱仪
特征谱线：每一个轨道上的电子的能量是一定的，因此电子跃迁 产生的能量差也是一定的，释放的X射线的能量也是一定的。 这个特定的能量与元素有关，即每个元素都有其特征谱线
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会产生特征谱线的元素
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荧光产额
荧光产额＝ X射线荧光 俄歇电子
wk(B) 10-4
wk(Fe) 0.3
wk(Te) 0.86
Atom of the anode material Emitted X-ray quant
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X射线的产生: 特征谱线（光电效应）
characteristic radiation photoelectric interaction
电压的影响
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选择电压、电流的依据
重元素选择大电压、小电流 轻元素选择小电压、大电流 软件提供了各条谱线的优化条件
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X射线荧光光谱分析技术
一、基础理论 二、仪器的结构与分析条件的选择 三、定量分析方法和基体效应校正 四、SPECTRAplus 软件介绍
X射线荧光光谱分析
X射线荧光光谱分析X射线荧光光谱分析（X-ray Fluorescence Spectroscopy, XRF）是一种无损分析技术，常用于元素和化合物的定性和定量分析。
这种技术利用X射线与物质相互作用产生的特殊光谱，通过测量和分析光谱特征来确定物质的组成和浓度。
X射线荧光光谱分析是基于X射线与物质相互作用的原理。
在分析过程中，样品暴露在高能X射线束下，X射线与样品中的原子产生相互作用，使原子内的内层电子被激发。
当激发的电子回到基态时，会发射出特定能量的X射线，这些特定能量的X射线被称为荧光X射线。
每个元素都有其特定的荧光X射线能量，通过测量样品发射的荧光X射线能量和强度，可以确定样品中元素的种类和相对浓度。
X射线荧光光谱分析常用的仪器是X射线荧光光谱仪（XRF spectrometer）。
该仪器由X射线源、样品支撑台、能量分散元件（如闪烁体晶体），以及能量敏感的探测器（如光电倍增管或固态探测器）等部分组成。
X射线荧光光谱仪可根据实验需要分为两种类型，即能量散射型和功率型。
能量散射型X射线荧光光谱仪在分析中使用了X射线与样品相互作用后发生散射的原理。
这种仪器测量荧光X射线的强度和能量，并通过能量散射的方式来确定元素的种类和相对浓度。
能量散射型X射线荧光光谱仪具有较高的分析灵敏度和较低的检测限。
功率型X射线荧光光谱仪则主要利用了荧光X射线的能量和强度之间的关系。
通过测量荧光X射线的强度，并利用特定的标准物质进行校准，可以定量测量样品中的元素浓度。
功率型X射线荧光光谱仪通常具有较高的灵敏度和较低的分析误差。
X射线荧光光谱分析广泛应用于材料科学、地质学、环境监测、医药化学、金属检测等领域。
在材料科学中，X射线荧光光谱分析可用于分析材料中的元素组成和化合物含量，用于质量控制和质量评估；在地质学中，可以用于岩石和矿石的成分分析和矿物鉴定；在环境监测中，可以用于大气颗粒物和土壤中有毒金属元素的测定和分析；在医药化学中，可以用于药物中有害金属元素的检测和分析；在金属检测中，可以用于金属材料成分分析和金属产品质量检测。
x射线荧光光谱
X射线荧光光谱什么是X射线荧光光谱？X射线荧光光谱（X-Ray Fluorescence Spectroscopy, XRF）是一种用于化学元素定性和定量分析的非破坏性分析技术。
它通过测量样品受到激发后发射的X射线能谱来确定样品中的元素组成和相对含量。
X射线荧光光谱利用X射线与物质相互作用的原理进行分析。
当X射线入射到样品表面时，部分X射线将被物质中的原子激发，导致原子内部的电子跃迁。
当激发的电子回到基态时，会释放出能量，形成荧光X射线。
测量荧光X射线的能谱可以确定样品中存在的化学元素种类和含量。
X射线荧光光谱的应用领域X射线荧光光谱在许多领域中得到了广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 金属材料分析X射线荧光光谱可以对金属材料进行化学元素分析，包括金属材料的成分分析、纯度检测和杂质检测等。
通过XRF技术，可以快速准确地确定金属材料中各种元素的含量和配比，从而对金属材料的质量进行评估。
2. 矿石和土壤分析矿石和土壤中含有丰富的化学元素，X射线荧光光谱可以用于分析矿石和土壤样品中元素的组成和含量。
这对于矿石勘探、矿石开采、土壤污染监测等具有重要的意义。
3. 环境监测X射线荧光光谱可以用于环境中有害元素的检测和监测，例如水中重金属离子的检测、空气中微量元素的分析等。
这对于环境保护和环境污染治理具有重要的实际应用价值。
4. 文物保护与考古X射线荧光光谱可以用于文物和古代艺术品的非破坏性分析，帮助鉴别文物的材料成分、年代和地域等信息。
此外，X 射线荧光光谱也可以用于考古学中的样品分析，帮助研究人员了解古代文化和历史。
X射线荧光光谱的仪器和测量方法X射线荧光光谱仪通常由X射线源、样品台、能谱仪和数据处理系统等组成。
其中，X射线源用来产生足够的X射线能量去激发样品，样品台用来放置待测样品，能谱仪用来测量荧光X射线的能谱，数据处理系统用来分析并解释测量结果。
测量方法的基本步骤如下：1.样品准备：样品需要经过预处理，例如固体样品需要制成小颗粒或片状，液体样品需要按一定比例加入载体等。
化学实验中的荧光光谱分析
化学实验中的荧光光谱分析荧光光谱分析是一种常用的分析技术，它能够通过测量物质在激发光作用下产生的荧光发射，来获得物质的结构和性质信息。
在化学实验中，荧光光谱分析被广泛应用于物质的定性和定量分析。
本文将介绍荧光光谱分析的原理、仪器以及实验操作。
一、荧光光谱分析的原理荧光现象是物质吸收能量后返回基态时发出的光辐射。
当物质受到紫外光或其他能量激发时，部分电子被激发至高能级，由于高能级的不稳定性，电子会迅速返回基态，并释放出荧光发射光。
荧光光谱分析便是基于这种原理进行的。
荧光光谱分析的关键是荧光的激发和发射过程。
首先，物质被激发后，激发态的电子会从吸收态跃迁到激发态，这个过程称为激发过程。
然后，在电子返回基态的过程中，由于能级差异，荧光光子会被发射出来，这个过程称为发射过程。
不同元素和化合物的荧光光谱具有独特的特征，可以对其进行分析和鉴定。
二、荧光光谱分析的仪器荧光光谱分析的仪器主要包括荧光光谱仪和激发光源。
其中，荧光光谱仪主要用于测量荧光发射光的强度和波长，激发光源则用于提供激发光。
荧光光谱仪通常由光源、样品室、分光仪和检测器等部分组成。
光源可以是氘灯、氙灯或者激光器。
样品室是放置样品的地方，通常使用石英或者玻璃制成，以透明材料为主要考虑因素。
分光仪可以将发射光按照波长进行分散，在荧光光谱仪中一般使用光栅作为分散元件。
检测器则用于测量发射光的强度，常见的检测器包括光电二极管和光电倍增管。
激发光源的选择主要根据被测物质的特点和分析要求。
一般来说，紫外光源是常用的激发光源之一，可以提供短波长的光线。
此外，还可以使用激光器作为激发光源，激光器的优点是能够提供大功率和单一波长的光。
三、荧光光谱分析的实验操作进行荧光光谱分析时，需要根据实际情况选择合适的荧光光谱仪和激发光源，然后按照以下步骤进行实验操作。
1. 准备样品：将待测物质制备成适当的溶液或固体样品。
2. 调节仪器参数：根据被测物质的性质和实验要求，调节荧光光谱仪的参数，如选择合适的激发波长和检测范围等。
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X射线荧光光谱仪定量分析方法
利用X射线荧光光谱仪分析物质组分时，除了正确使用和操作X射线荧光光谱仪外，还需要研究制定合理、准确的定量分析方法。
定量分析是要利用一定的实验或数学方法，准确获得未知样品中各元素的定量浓度数据。
定量分析的前提是要保证样品的代表性和均匀性。
过度强调分析准确度，而忽视样品采集方法和采样理论的研究应用，是不科学、不合理的。
只有采集具有代表性的特征样品，才具有科学价值和实际意义。
目前关于采样理论的研究还有待于深入探讨。
此处我们主要关注如何确保定量分析方法的准确。
要进行定量分析，需要完成三个步骤。
首先要根据待测样品和元素及分析准确度要求，采用一定的制样方法，保证样品均匀和合适的粒度；并通过实验，选择合适的测量条件，对样品中的元素进行有效激发和实验测量；再运用一定的方法，获得净谱峰强度，并在此基础上，借助一定的数学方法，定量计算分析物浓度。
这里主要讨论获取净强度的途径和定量分析方法。
一、获取谱峰净强度
要获得待测元素的浓度，首先要准确测量出待测元素的谱峰净强度。
谱峰净强度等于谱峰强度减去背景。
尽管真实背景是指分析物为零时，在对应于分析元素能量或波长处测得的计数，但这样做并不实际，因为背景依赖于基体组分。
因此，使用一种不含分析物的所谓“空白”样测量背景并用于背景校正是危险的、不正确的。
当峰背比大于10时，背景影响较小。
这时，最佳计数方式是谱峰计数时间要长于背景计数时间。
当峰背比小于10时，背景影响较大，需要准确扣除。
扣除背景方法主要有单点法和两点法，如图1—1所示。
其净强度采用以下两式计算：
I
P I
P
I
P
I
b
θp θb θL θP θH θP
(a)单点扣背景（b）两点扣背景（c）扣重叠干扰
图1—1 单点法和两点法扣除背景
单点法：
I net = I
P
－I
b
两点法：
I net = I
p
－(I
H
＋I
L
)/2
当谱峰两边的背景比较平滑时，可采用单点扣背景，多在分析线波长的长波一侧，例如高出1°（2θ），选择高度角也是因为在某些情况下要考虑卫星线，
例如Kα3、Kα4会显著地向谱峰短波边扩展，这种情况尤其在分析低原子序数时应该注意。
此外也可采用公共背景法或比率法扣背景。
二、干扰校正
当样品中被测物存在分析谱线重叠时，可用比例法扣除干扰。
对于复杂体系，需要通过解谱或拟合来消除干扰。
当采用比例法扣除干扰时，需要分别测定两处的重叠因子。
设α和β分别为两个元素的谱线重叠比例系数，由纯j元素求得在其峰位处的强度i j和其在i元素峰位处的强度I ji，其比值即等于α，即：
α= I ji / I j
与之相似：
β = I ij / Ii
又设脚标net和lap分别代表净强度和测定的重叠峰强度，则计算谱峰净强度的公式为：
I i lap = I i net ＋α I j net
I j lap = I j net ＋β I i net
I i net = I i lap－α I j net
= I i lap－α I j lap ＋αβ I i net
= I i lap－α I j lap
式中最后忽略了二次项的影响。
由于干扰谱线j的谱峰离i元素的谱峰位置足够远，效果更好。
三、浓度计算
在扣除背景和干扰，获得分析元素的谱峰净强度后，即可在分析谱线强度与标样中分析组分的浓度间建立起强度-浓度定量分析方程。
利用这类方程即可进行未知样品的定量分析。
对于简单体系，例如可以忽略基体效应的薄样或一定条件下的微量元素分析，可以在谱峰净强度和浓度间建立简单的线性或二次方程。
而对于复杂体系中的主、次、痕量元素分析，如地质样品，则需要进行基体校正，才能获得准确结果。
X射线荧光光谱分析的最大特点是制作技术简单，但需要进行复杂的基体校正，才能获得定量分析数据，XRF分析的最大局限是依赖标样。
1. 基体效应
除质量衰减吸收外，当入射线能量大于分析元素的吸收边时，样品中的元素对入射线会产生强烈吸收。
当样品中受激元素分析谱线的能量大于某一共存元素的谱线激发能时，该共存元素也会强烈吸收分析谱线。
被吸收的这部分分析谱线强度不能出射样品，使得分析谱线强度降低，从而偏离理想线性方程，如图1-2所示。
这种现象称为吸收效应。
强
度
浓度
图1-2 （理想）标准曲线及吸收和增强效应示意图
如果共存元素谱线的能量大于分析元素的激发能，则分析元素会受到共存元素的额外激发，此为增强效应。
增强效应使得特征谱线强度上升，如图1-2上部所示。
这种吸收和增强效应通常统称为基体效应。
吸收和增强效应可采用多种方式校正，包括实验和数学校正方法。
这里主要介绍简单体系下的定量分析方法和实验基体校正技术。
2. 线性和二次曲线
当分析物质量分数(w)与分析谱线净强度(I)符合简单的线性或二次曲线关系时，可以采用以下两个方程计算分析元素的浓度：
w = aI + b
w = aI2 + bI + c
式中，a , b , c 为系数，可结合标样，由最小二次回归计算求得。
所用标样类型应具有代表性，浓度范围也应足够宽，至少需要涵盖拟测定的未知样浓度范围。
需要注意的是，以上两式也是利用基体校正方程和计算理论校正系数时需要用到的，是连接分析谱线强度、理论强度、浓度及表观浓度间的桥梁，是进行数学校正的基础。
南京大展机电技术研究所。