X射线荧光光谱分析XRF_PPT课件
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
XRF分析指导课件
Introduction to XRFX 射 线 荧 光 分 析导论Introduction to XRF电子波谱1014Hz - 1015Hz 1Hz - 1kHz 超低频率 电磁波 无线电波 1kHz - 1014Hz 微波 1015Hz - 1021Hz红外线可见光紫外线 X射线伽马射线Low energyHigh energyIntroduction to XRFTheory入射X射线轰击原子的内层电子，如 果能量大于它的吸收边，该内层电子 被驱逐出整个原子（整个原子处于高 能态，即激发态）。
较高能级的电子跃迁、补充空穴，整 个原子处于低能态，即基态。
由高能态转化为低能态，释放能量。
ΔE=Eh-El .能量将以X射线的释放，产生X射线荧 光。
Introduction to XRFThe Hardware• • • • Sources Optics Filters & Targets DetectorsIntroduction to XRFSources•End Window X-Ray Tubes •Side Window X-Ray Tubes •Radioisotopes •Other Sources–Scanning Electron Microscopes –Synchrotrons –Positron and other particle beamsIntroduction to XRFEnd Window X-Ray Tube• X-ray Tubes– Voltage determines which elements can be excited. – More power = lower detection limits – Anode selection determines optimal source excitation (application specific).Introduction to XRFSide Window X-Ray TubeBe Window Glass EnvelopeTarget (Ti, Ag, Rh, etc.)HV LeadElectron beamCopper Anode FilamentSilicone InsulationIntroduction to XRFRadioisotopesIsotope Energy (keV) Elements (Klines) Elements (Llines) Fe-55 5.9 Al – V Br-I Cm-244 14.3, 18.3 Ti-Br I- Pb Cd-109 22, 88 Fe-Mo Yb-Pu Am-241 59.5 Ru-Er None Co-57 122 Ba - U noneWhile isotopes have fallen out of favor they are still useful for many gauging applications.Introduction to XRFOther SourcesSeveral other radiation sources are capable of exciting material to produce x-ray fluorescence suitable for material analysis.Scanning Electron Microscopes (SEM) – Electron beams excite the sample and produce x-rays. Many SEM’s are equipped with an EDX detector for performing elemental analysis Synchotrons - These bright light sources are suitable for research and very sophisticated XRF analysis. Positrons and other Particle Beams – All high energy particles beams ionize materials such that they give off x-rays. PIXE is the most common particle beam technique after SEM.Introduction to XRFSource ModifiersSeveral Devices are used to modify the shape or intensity of the source spectrum or the beam shape Source Filters Secondary Targets Polarizing Targets Collimators Focusing OpticsIntroduction to XRFSource FiltersFilters perform one of two functions–Background Reduction –Improved FluorescenceSource Filter Detector X-Ray SourceIntroduction to XRFFilter Transmission CurveTitanium Filter transmission curve% T R A N S M I T T E DAbsorption EdgeLow energy x-rays are absorbed Very high energy x-rays are transmittedX-rays above the absorption edge energy are absorbed ENERGYTiCrThe transmission curve shows the parts of the source spectrum are transmitted and those that are absorbedIntroduction to XRFFilter Fluorescence MethodWith Zn Source filter Target peakContinuum RadiationENERGY (keV)Fe RegionThe filter fluorescence method decreases the background and improves the fluorescence yield without requiring huge amounts of extra power.Introduction to XRFFilter Absorption MethodTarget peak With Ti Source filter Continuum RadiationENERGY (keV)Fe RegionThe filter absorption Method decreases the background while maintaining similar excitation efficiency.Introduction to XRFSecondary TargetsImproved Fluorescence and lower background The characteristic fluorescence of the custom line source is used to excite the sample, with the lowest possible background intensity. It requires almost 100x the flux of filter methods but gives superior results.Introduction to XRFSecondary TargetsSample Detector X-Ray Tube Secondary Target A. The x-ray tube excites the secondary target B. The Secondary target fluoresces and excites the sample C. The detector detects x-rays from the sampleIntroduction to XRFSecondary Target MethodWith Zn Secondary Target Tube Target peakContinuum RadiationENERGY (keV)Fe RegionSecondary Targets produce a more monochromatic source peak with lower background than with filtersIntroduction to XRFSecondary Target Vs FilterComparison of optimized direct-filtered excitation with secondary target excitation for minor elements in Ni-200Introduction to XRFPolarizing Target Theorya) X-ray are partially polarized whenever they scatter off a surface b) If the sample and polarizer are oriented perpendicular to each other and the x-ray tube is not perpendicular to the target, x-rays from the tube will not reach the detector. c) There are three type of Polarization Targets:– – Barkla Scattering Targets - They scatter all source energies to reduce background at the detector. Secondary Targets - They fluoresce while scattering the source x-rays and perform similarly to other secondary targets. Diffractive Targets - They are designed to scatter specific energies more efficiently in order to produce a stronger peak at that energy.–Introduction to XRFCollimatorsCollimators are usually circular or a slit and restrict the size or shape of the source beam for exciting small areas in either EDXRF or uXRF instruments. They may rely on internal Bragg reflection for improved efficiency.SampleTubeCollimator sizes range from 12 microns to several mmIntroduction to XRFFocusing OpticsBecause simple collimation blocks unwanted x-rays it is a highly inefficient method. Focusing optics like polycapillary devices and other Kumakhov lens devices were developed so that the beam could be redirected and focused on a small spot. Less than 75 um spot sizes are regularly achieved.Bragg reflection inside a CapillarySourceDetectorIntroduction to XRFDetectors• Si(Li) • PIN Diode • Silicon Drift Detectors • Proportional Counters • Scintillation DetectorsIntroduction to XRFDetector PrinciplesA detector is composed of a non-conducting or semi-conducting material between two charged electrodes. X-ray radiation ionizes the detector material causing it to become conductive, momentarily. The newly freed electrons are accelerated toward the detector anode to produce an output pulse. In ionized semiconductor produces electron-hole pairs, the number of pairs produced is proportional to the X-ray photon energyn = E ew h e re :n E e= n u m b e r o f e le c tro n -h o le p a irs p ro d u c e d = X -ra y p h o to n e n e rg y = 3 .8 e v fo r S i a t L N 2 te m p e r a tu re sIntroduction to XRFSi(Li) DetectorWindow FETSuper-Cooled CryostatSi(Li) crystalPre-AmplifierDewar filled with LN2Cooling: LN2 or Peltier Window: Beryllium or Polymer Counts Rates: 3,000 – 50,000 cps Resolution: 120-170 eV at Mn K-alphaIntroduction to XRFSi(Li) Cross SectionIntroduction to XRFPIN Diode DetectorCooling: Thermoelectrically cooled (Peltier) Window: Beryllium Count Rates: 3,000 – 20,000 cps Resolution: 170-240 eV at Mn k-alphaIntroduction to XRFSilicon Drift Detector- SDDPackaging: Similar to PIN Detector Cooling: Peltier Count Rates; 10,000 – 300,000 cps Resolution: 140-180 eV at Mn K-alphaIntroduction to XRFProportional CounterWindowAnode FilamentFill Gases: Neon, Argon, Xenon, Krypton Pressure: 0.5- 2 ATM Windows: Be or Polymer Sealed or Gas Flow Versions Count Rates EDX: 10,000-40,000 cps WDX: 1,000,000+ Resolution: 500-1000+ eVIntroduction to XRFScintillation DetectorPMT (Photo-multiplier tube) Sodium Iodide Disk ElectronicsWindow: Be or Al Count Rates: 10,000 to 1,000,000+ cps Resolution: >1000 eVConnectorIntroduction to XRFSpectral Comparison - AuSi(Li) Detector 10 vs. 14 KaratSi PIN Diode Detector 10 vs. 14 KaratIntroduction to XRFPolymer Detector Windows♦ Optional thin polymer windows compared to a standard beryllium windows ♦ Affords 10x improvement in the MDL for sodium (Na)Introduction to XRFDetector FiltersFilters are positioned between the sample and detector in some EDXRF and NDXRF systems to filter out unwanted x-ray peaks. Sample Detector Filter Detector X-Ray SourceIntroduction to XRFDetector Filter TransmissionNiobium Filter Transmission and Absorption% T R A N S M I T T E DEOI is transmittedLow energy x-rays are absorbedAbsorption EdgeVery high energy x-rays are transmittedX-rays above the absorption edge energy are absorbed ENERGYSClA niobium filter absorbs Cl and other higher energy source x-rays while letting S x-rays pass. A detector filter can significantly improve detection limits.Introduction to XRFFilter Vs. No FilterDetector filters can dramatically improve the element of interest intensity, while decreasing the background, but requires 4-10 times more source flux. They are best used with large area detectors that normally do not require much power.Unfiltered Tube target, Cl, and Ar Interference PeakIntroduction to XRFRoss Vs. Hull FiltersThe previous slide was an example of the Hull or simple filter method. The Ross method illustrated here for Cl analysis uses intensities through two filters, one transmitting, one absorbing, and the difference is correlated to concentration. This is an NDXRF method since detector resolution is not important.Introduction to XRFWavelength Dispersive XRFWavelength Dispersive XRF relies on a diffractive device such as crystal or multilayer to isolate a peak, since the diffracted wavelength is much more intense than other wavelengths that scatter of the device.Sample DetectorCollimatorsX-Ray SourceDiffraction DeviceIntroduction to XRFDiffractionThe two most common diffraction devices used in WDX instruments are the crystal and multilayer. Both work according to the following formula.nλ = 2d × sinθn = integer d = crystal lattice or multilayer spacing θ = The incident angle λ = wavelengthAtomsIntroduction to XRFMultilayersWhile the crystal spacing is based on the natural atomic spacing at a given orientation the multilayer uses a series of thin film layers of dissimilar elements to do the same thing. Modern multilayers are more efficient than crystals and can be optimized for specific elements. Often used for low Z elements.Introduction to XRFSoller CollimatorsSoller and similar types of collimators are used to prevent beam divergence. The are used in WDXRF to restrict the angles that are allowed to strike the diffraction device, thus improving the effective resolution.SampleCrystalIntroduction to XRFCooling and Temperature ControlMany WDXRF Instruments use:•X-Ray Tube Coolers, and •Thermostatically controlled instrument coolersThe diffraction technique is relatively inefficient and WDX detectors can operate at much higher count rates, so WDX Instruments are typically operated at much higher power than direct excitation EDXRF systems. Diffraction devices are also temperature sensitive.Introduction to XRFChamber AtmosphereSample and hardware chambers of any XRF instrument may be filled with air, but because air absorbs low energy x-rays from elements particularly below Ca, Z=20, and Argon sometimes interferes with measurements purges are often used. The two most common purge methods are:Vacuum - For use with solids or pressed pellets Helium - For use with liquids or powdered materialsIntroduction to XRFChangers and SpinnersOther commonly available sample handling features are sample changers or spinners.Automatic sample changers are usually of the circular or XYZ stage variety and may have hold 6 to 100+ samples Sample Spinners are used to average out surface features and particle size affects possibly over a larger total surface area.Introduction to XRFTypical PIN Detector InstrumentThis configuration is most commonly used in higher end benchtop EDXRF Instruments.Introduction to XRFTypical Si(Li) Detector InstrumentThis has been historically the most common laboratory grade EDXRF configuration.Introduction to XRFEnergy Dispersive ElectronicsFluorescence generates a current in the detector. In a detector intended for energy dispersive XRF, the height of the pulse produced is proportional to the energy of the respective incoming X-ray.Element A Element B Element C Element DSignal to ElectronicsDETECTORIntroduction to XRFMulti-Channel Analyser• • Detector current pulses are translated into counts (counts per second, “CPS”). Pulses are segregated into channels according to energy via the MCA (Multi-Channel Analyser).Intensity (# of CPS per Channel)Signal from DetectorChannels, EnergyIntroduction to XRFWDXRF Pulse ProcessingThe WDX method uses the diffraction device and collimators to obtain good resolution, so The detector does not need to be capable of energy discrimination. This simplifies the pulse processing. It also means that spectral processing is simplified since intensity subtraction is fundamentally an exercise in background subtraction.Note: Some energy discrimination is useful since it allows for rejection of lowenergy noise and pulses from unwanted higher energy x-rays.Introduction to XRFEvaluating SpectraIn addition to elemental peaks, other peaks appear in the spectra:• • • • • •K & L Spectral Peaks Rayleigh Scatter Peaks Compton Scatter Peaks Escape Peaks Sum Peaks BremstrahlungIntroduction to XRFK & L Spectral LinesL beta L alphaK - alpha lines: L shell etransition to fill vacancy in K shell. Most frequent transition, hence most intense peak.K betaK alphaK - beta lines: M shell etransitions to fill vacancy in K shell.K Shell L Shell M Shell N ShellL - alpha lines: M shell etransition to fill vacancy in L shell.L - beta lines: N shell etransition to fill vacancy in L shell.Introduction to XRFK & L Spectral PeaksK-Lines L-linesRh X-ray Tube。
XRF课件
思考题
X射线的本质和特点
特征X射线荧光是如何产生的
简述Moseley定律和Bragg(布拉格)定律
X射线荧光光谱仪的结构与主要类型
简述X射线荧光光谱定性和定量分析的依据
X射线荧光光谱法的主要特点
Thank you for your attention
定量分析中的基本问题
基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ效应
光谱重叠影响
背景影响
定量分析方法
基体效应: 样品中共存元素对分析元素光谱 强度的影响。 在光谱分析中基体对测量的分析线的强度影 响可分为两大类： (1) 吸收-增强效应：由基体的化学组成所致 (2) 物理状态影响：由样品的粒度、均匀性， 密度和表面结构等因素所致。
光谱重叠影响
X射线特点
与可见光一样，是电磁辐射的一种形式，具有波动
和粒子二重性
在某些现象（如直线传播、反射、折射等）中表现
为波，而在另外一些现象（如光电效应、吸收、散
射等）中表现为粒子 波长越短，粒子性越强；波长越长，波动性越强
* X射线波长范围：～ 0.01-10 nm(10-9 m)
X射线管示意图
真空条件下，阴极发射的电子在电场作用下 飞向阳极; 高速电子与阳极靶原子相遇突然减速，发生 能量转化，产生X射线光子； 高速电子99%的能量以热能释放，仅有1 % 的能量转变成X射线光子。
X射线管产生的X射线的特点：当高速电子束轰 击金属靶时会产生两种不同的X射线。一种连续 X射线，另一种是特征X射线。它们的性质不同、 产生的机理不同，用途也不同。 X射线衍射分析利用的是特征X射线；而X射线 荧光光谱分析利用的是特征X射线以及连续X射 线。
X射线的防护
长时间的X射线照射，会对人体产生危害！
X荧光光谱法(XRF)课件PPT
02 X荧光光谱法的基本原理
原子结构与能级跃迁
01
02
03
原子结构
原子由原子核和核外电子 组成，电子在不同能级上 运动。
能级跃迁
当原子受到外界能量（如 光子）的激发时，电子从 低能级跃迁到高能级，反 之亦然。
环境样品分析
总结词
X荧光光谱法在环境样品分析中具有独特的优势，能够同时测定多种元素，且对样品的 前处理要求较低。
详细描述
X荧光光谱法可用于水质检测，如测定水体中的重金属离子和溶解氧等；还可用于大气 颗粒物分析，了解空气污染物的来源和分布情况。
考古样品分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总结词
详细描述
X荧光光谱法在考古样品分析中具有重要作 用，能够快速准确地测定文物中的元素组成， 为文物鉴定和保护提供依据。
现状
随着科技的不断进步，X荧光光谱仪器的性能不断提升，检测精度和稳定性不断 提高，同时新型的仪器和应用也不断涌现，如便携式X荧光光谱仪、在线X荧光 光谱仪等。
特点与优势
特点
X荧光光谱法具有非破坏性、快速、 多元素同时分析等特点，能够同时检 测物质中多种元素的含量，且对样品 形状和大小要求不高。
优势
化合物分析
总结词
X荧光光谱法不仅可以检测元素，还可以对化合物进行分析。
详细描述
通过测量不同元素荧光谱线的能量和强度，可以对化合物的类型和结构进行分析。该方法在化学、制药、生物等 领域有广泛应用，可用于药物成分分析、生物组织成分分析等。
样品制备与处理
总结词
为了获得准确的X荧光光谱分析结果，需要对样品进行适当的制备与处理。
X射线光谱法 ppt课件
PPT课件
1
5.1.基本原理
X射线是由高能电子的减速运动或原子内层 轨道电子跃迁产生的短波电磁辐射。X射线的波 长在10-6～10 nm，在X射线光谱法中，常用波长 在0.01～2.5 nm范围内。
5.1.1. X射线的发射
1.用高能电子束轰击金属靶；
2.将物质用初级X射线照射以产生二级射线——X射 线荧光；
应的半衰期为2.6a：
55Fe → 54Mn + hν
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7
5.1.2. X射线的吸收
5.1.2.1.基本原理和概念
X射线照射固体物质时，一部分透过晶体，产生热 能；一部分用于产生散射、衍射和次级X射线（X荧光） 等；还有一部分将其能量转移给晶体中的电子。因此， 用X射线照射固体后其强度会发生衰减。
第5章 X射线光谱法
1895年，Rontgen W C发现了X射线，1913 年Moseley H G J在英国Manchester大学奠定了X 射线光谱分析的基础，在初步进行其用于定性 及定量分析的基础研究后，预言了该方法用于 痕量分析的可能性。目前，X射线光谱法发展 成熟，多用于元素的定性、定量及固体表面薄 层成分分析等。而X射线衍射法（X-ray diffraction analysis，XRD）则广泛用于晶体结 构测定。
3.利用放射性同位素源衰变过程产生的X射线发射；
4.从同步加速器辐射源获得。在分析测试中，常用的 光源为前3种，第4种光源虽然质量非常优越，但设 备庞大，国内外仅有少数实验室拥有这种设施。
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5.1.1.1.电子束源产生的连续X射线
在轰击金属靶的过程中，有的电子在一次碰撞 中耗尽其全部能量，有的则在多次碰撞中才丧失全 部能量。因为电子数目很大、碰撞是随机的，所以 产生了连续的具有不同波长的X射线，这一段波长的 X光谱即为连续X射线谱。
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)解析(课堂PPT)
检出限
对于固体和粉末样品,轻元素的检出 限为50µg/g,重元素为5µg/g.轻元素的灵 敏度低是因为它们的荧光产生率(变成X射 线的比率)小.
16
17
射
荧反
全
析
光 分
射 线
X
Total—Reflection X—Ray Fluorescence Analysis
X射线 荧光基础
光谱机理
用化学联(IUPAC)的
定义，TXRF是一种
微量分析
（Microanalysis）
方法，而且总是需要
将样品进行一定的预
处理制备成溶液、悬
浊液、细粉或 薄片，
而一般原样很少能直
接分析。
27
参考文献: «X射线荧光光谱分析 作者:吉昂 陶光仪 卓尚军 罗立 强 科学出版社
全反射X射线荧光分析 作者:(德)赖因霍尔德·克洛肯凯 帕 原子能出版社
21
但应该指出，与现代的其他多元素分析技术，如电 感耦合等离子体光谱(ICP-AEC)、电感耦合等离子 体质谱(ICP-MS)和仪器中子活化分析(INAA)相比，
XRF最明显的缺点就是灵敏度低、取样量大。
22
由于常规XRF的入
射束一般采用大于 40度的入射角，不
仅样品会产生二次 X射线，载体材料 也会受到激发从而 在记录谱上产生峰， 对测量形成干扰。
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.
12
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．
X射线荧光光谱分析技术精讲PPT课件
300>
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脉冲高度分布
高计数率带来的问题 ：堆积、脉冲高度漂移
escape
I[kcps]
Intensity: < 100 kcps
LiF(200) Fe KA1 FC
Intensity: 200 - 300 kcps
Pulshight shift
Pile-up effect
Pulshight-shift
Mo
B [0,18 keV] 6 e-I+
B
X-rays
ra
rc
r
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流气计数器或封闭计数器
Ar + 10% CH4 e- e- e- e- e- e- eI+ I+ I+ I+ I+ I+ I+
CH4: quench gas (electropositive!) Toxic for the FC: elektonegative gasses, e.g.
S Cl
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X射线的发生: 改变电压和电流对原级谱线 的影响（如何选择电压、电流参数）
Change in kV:
Optimum settings are predefined in SPECTRAplus !!!
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Changing of mA will change only the intensity
l = 11.3 - 0.02 nm
or
元素范围从铍 (Be)到铀 (U)
第2页/共99页
单位
Name 波长 能量 Quatum 强度
符号 单位 t]
description
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（2）滤波片 （Tube Filters)
❖位置：位于X光管与样品之间。 ❖ 作用：利用金属滤波片的吸收特性减少靶物质的特 征X射线、杂质线和背景对分析谱线的干扰，降低很 强谱线的强度。
仪器配有4块滤波片
200um Al 测定能量范围在6-10keV内的谱线，降低背景和检测限。 750um Al 测定能量范围在10-20keV内的谱线，降低背景和检测限。 300um Cu 削弱Rh的K系线，用于能量在20keV以上的谱线测定。
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（6）检测器 （Detector）
➢检测器是X荧光光谱仪中用来测定X射线信号的装 置，它的作用是将X射线荧光光量子转变为一定数量 的电脉冲，表征X射线荧光的能量和强度。
➢检测器的工作原理: 入射X射线的能量和输出脉冲 的大小之间有正比关系，利用这个正比关系进行脉 冲高度分析。 正比计数器(充气型) 工作气： Ar；抑制气 ：甲烷 利用X射线使气体电离的作用，辐射能转化电离能
Rh靶的最高电压60kV，最大电流125mA，最大功率 2.4kw，kV与mA之间的调节会由软件自动完成。测量时， 对于短波长元素使用高压低电流，对长波长元素使用低压 。 高电流。
Rh靶的窗口由75um厚的铍（Be）制成，这有利于Rh的L 系特征线的传播，对低原子数元素的特征线激发很重要。
2021/3/5
2021/3/5
荧光产额
Auger Yield Fluorenscence Yield
• 俄歇效应与X射线荧光发射是两种相互竞争的
过程。对于原子序数小于11的元素，俄歇电子
的几率高。
但随着原子序数KLL1LMMMNN 1
的增加，发射X 射线荧光的几率
逐渐增加。重元
素主要以发射X 射线荧光为主。
重元素U – K 重元素U – K 轻元素Cl – F 轻元素Be, B, C, N
2021/3/5
（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。
K
L
M
0
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Atomic Number
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荧光产额
• 各谱线的荧光产额K、L、M、N系列的顺序递 减。因此原子序数小于55的元素通常用K系谱 线作分析线，原子序数大于55的元素，考虑到 激发条件，连续X射线和分辨率等因素，一般 选用L系作分析线。
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2.1 波长色散型X射线荧光光谱仪
• 由X光管、滤波片、样品杯、分光晶体、探测器、 多道分析器计数电路和计算机组成。
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（1）X射线光管（X-ray Tube)
端窗型光管：阳极靶接正高压，灯丝阴极接地。内 循环冷却水使用去离子水。
综合考虑激发效率，杂质线，背景及更换X射线光管所 需要的时间等因素，本仪器选用Rh靶。
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
分辨率
灵敏度
分析元素范围
150um 300um 700um 4000um
高 中等
低 很低
低 中等
高 很高
2021/3/5
（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。
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。
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（3）样品杯 (Sample cup)
I = K / R2
照射在单位面积试样上X射线的强度（I）与离开X 光管焦斑距离（R）的平方成反比。因此放置样品杯时 位置的重现性相当重要。
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（4）准直器 (Collimators)
本章主要内容
• 1．X射线荧光谱分析（XRF） • 2. 电子探针（EPMA） • 3．原子吸收光谱分析（AAS） • 4．等离子发射光谱（ICP）
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引言
• 化学成分分析的方法主要有化学分析、物理分析。 • 化学分析 特点: 历史悠久，分析精度高，一个独立学科。 缺点： 样品需破坏，分析时间较长，不能进行微区分析。 • 物理分析方法，包括光谱类分析（X射线荧光光谱、等离
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（3）Moseley 定律
元素的荧光X射线的波长( )随元素的原子序数( Z ) 增加，有规律地向短波方向移动。
11/2 K(ZS)
K，S常数，随谱系(L，K，M，N)而定 XRF定性分析的基础：只要获得了X射线荧光光谱 线的波长就可以获得元素的种类信息。
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2. X-射线荧光光谱仪的类型
• 波长色散型（WDXRF）：指使用晶体分光的波长 色散型光谱仪，效率较低，一般采用大功率光管 激发。 用于高精度高灵敏度定量分析。
• 能量色散型（EDXRF）：以带有半导体探测器和 多道脉冲高度分析器为特征的X射线荧光光谱仪， 探测效率高，一般采用放射源或小功率光管激发 （几瓦到几十瓦）。用于执行快速定性分析和低 水平定量分析。
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。
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X射线荧光光谱分析（XRF）
• 1. X-射线荧光的产生及分析原理 • 2. X-射线荧光光谱仪的类型 • 3. X射线荧光光谱分析方法的应用 • 4. X射线荧光光谱仪制样方法 • 5. X射线荧光光谱法的特点