X射线荧光光谱分析的基础知识
X射线荧光光谱分析的基础知识
X射线荧光光谱分析（X-ray Fluorescence, XRF）是一种基于X射
线与物质相互作用的非破坏性分析技术。通过测量样品中产生的荧光辐射，可以获得物质的元素组成和含量信息。本文将介绍X射线荧光光谱分析的
基础原理、仪器和应用。
X射线荧光光谱分析的原理是利用X射线与物质相互作用产生的特性
光谱。当物质受到X射线照射时，X射线通过样品，使样品中的内层电子
被击出，并在过程中产生一个空位。而这个空位会很快被外层电子重新填充，这个过程中会释放出能量。这种释放出的能量以荧光光子的形式被辐
射出来，这些荧光光子具有特定的能量（波长），对应着每个元素特有的
能级转移。
X射线荧光光谱分析需要使用特殊的仪器，称为X射线荧光光谱仪。
这种仪器通常包括一个X射线发生器、样品台、X射线荧光探测器和能谱仪。X射线发生器产生高能的X射线，照射到样品上。样品台用于放置待
测样品，并调节样品的位置和角度。X射线荧光探测器用于测量样品辐射
出的荧光光子，并转换为电信号。能谱仪接收和分析这些电信号，得到样
品的X射线荧光光谱图。
X射线荧光光谱分析具有许多优点。首先，它是一种非破坏性的分析
技术，可以对样品进行分析而不损坏样品本身。其次，X射线荧光光谱分
析具有广泛的适用范围，可以对固体、液体和气体等不同形态的样品进行
分析。此外，X射线荧光光谱分析具有高灵敏度和高分辨率，可以对微量
元素进行检测和分析。最后，X射线荧光光谱分析具有快速和准确的特点，可以在短时间内获得多种元素的定量和定性信息。
X射线荧光光谱分析在许多领域有着广泛的应用。在材料科学和工业领域，X射线荧光光谱分析可以用于矿石、矿物、合金、陶瓷等材料的成分分析和质量控制。在地质学和环境科学领域，X射线荧光光谱分析可用于岩石、土壤、水样等的元素含量分析和环境监测。在生命科学和医学领域，X射线荧光光谱分析可用于体内元素测定、药物成分分析和生物组织成分分析。此外，X射线荧光光谱分析还可用于文物鉴定、干扰物分析等应用领域。
总之，X射线荧光光谱分析是一种重要的非破坏性分析技术，通过测量样品中产生的荧光光谱，可以获得物质的元素组成和含量信息。该技术具有快速、准确、灵敏和广泛适用性的特点，在各个领域有着广泛的应用前景。
X射线荧光光谱法
第九章X射线荧光光谱法 X-ray fluorescence spectrometry, XRF 1923年赫维西(Hevesy, G. Von)提出了应用X射线荧光光谱进行定量分析，但由于受到当时探测技术水平的限制，该法并未得到实际应用，直到20世纪40年代后期，随着X射线管和分光技术的改进，X荧光分析才开始进入蓬勃发展的时期，成为一种极为重要的分析手段。 当用X射线照射物质时，除了发生吸收和散射现象外，还能产生特征X荧光射线，它们在物质结构和组成的研究方面有着广泛的用途。但对成分分析来说，X射线荧光法的应用最为广泛。 第一节 X荧光的产生 X射线荧光产生机理与特征X射线相同，只是采用X射线为激发手段。所以X射线荧光只包含特征谱线，而没有连续谱线。 当入射X射线使K层电子激发生成光电子后，L层电 子落人K层空穴，这时能量差ΔE＝ E L 一E K ，以辐射 形式释放出来，产生Kα射线。为区别于电子击靶时 产生的特征辐射，由X射线激发的特征辐射称为二次 特征辐射，也称为X荧光。 根据测得的X射线荧光的波长，可以确定某元素的存在，根据谱线的强度可以测定其含量。这就是X射线荧光分析法的基础。第二节 X射线荧光光谱仪 X射线荧光在X射线荧光光谱仪上进行测量。根据分光原理，可将X射线荧光光谱仪分为两类：波长色散型(晶体分光)和能量色散型(高分辨率半导体探测器分光)。 (一)波长色散型X射线荧光光谱仪(Wavelength Dispersive, WDXRF) 波长色散型X射线荧光光谱仪由X光源、分光晶体和检测器三个主要部分构成，它们分别起激发、色散、探测和显示的作用。
由X光管中射出的X射线，照射在试样上，所产生的荧光将向多个方向发射。其中一部分荧光通过准直器之后得到平行光束，再照射到分光晶体(或分析晶体)上。晶体将入射荧光束按Bragg方程式进行色散。通常测量的是第一级光谱(n=1)，因为其强度最大。检测器置于角度为2θ位置处，它正好对准入射角为θ的光线。将分光晶体与检测器同步转动，以这种方式进行扫描时，可得到以光强与2θ表示的荧光光谱图。 1．X射线发生器 （1）可拆式管（2）密封式管（3）转靶式管 2．晶体分光器 X射线的分光主要利用晶体的衍射作用。因为晶体具有周期性的点阵结构，晶体质点之间的距离与X光波长同属一个数量级(10-10m)，可使不同波长的X射线荧光色散，然后选择被测元素的特征X射线荧光进行测定。整个分光系统采用真空密封。 晶体分光器有平面晶体分光器和弯面晶体分光器两种。 3．检测器 X射线荧光光谱仪中常用的检测器有正比计数器、闪烁计数器和半导体计数器等三种。 4．记录系统 记录系统由放大器、脉冲高度分析器和记录、显示装置所组成。其中脉冲高度(即脉冲幅度)分析器的原理是利用其中两个可调的甄别器来限制所通过的脉冲高度，从而达到选择性地分别记录各种脉冲高度的目的。 衍射仪的射线强度测量系统都配置有脉冲高度分析器，其的目的是为了利用检测器的能量分辨本领对X射线按波长进行有选择的测量。 (二)能量色散型X射线荧光光谱仪(Energy Dispersive, EDXRF) 能量色散型X射线荧光光谱仪不采用晶体分光系统，而是利用半导体检测器的高分辨率，并配以多道脉冲分析器，直接测量试样X射线荧光的能量，使仪器的结构小型化、轻便化。
X射线荧光光谱分析
X射线荧光光谱分析 简介 利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。按激发、色散和探测方法的不同，分为X射线光谱法(波长色散)和X射线能谱法(能量色散)。 当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。 根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。 光谱仪结构 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。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，用水和油同时冷却。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置上测得不同波长的X射线而作元素的定性分析。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。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。 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。X射线激发源由X光机电源和X射线管组成。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射线荧光光谱法特点： 分析的元素范围广，从4Be到92U均可测定； 荧光X射线谱线简单，相互干扰少，样品不必分离，分析方法比较简便； 分析浓度范围较宽,从常量到微量都可分析。重元素的检测限可达ppm量级，轻元素稍差； 分析样品不被破坏，分析快速，准确，便于自动化。
X射线荧光光谱分析基本原理
X射线荧光光谱分析 X射线是一种电磁辐射，其波长介于紫外线和γ射线之间。它的波长没有一个严格的界限，一般来说是指波长为0.001-50nm的电磁辐射。对分析化学家来说，最感兴趣的波段是 0.01-24nm，0.01nm左右是超铀元素的K系谱线，24nm则是最轻元素Li的K系谱线。1923年赫维西(Hevesy, G. Von)提出了应用X射线荧光光谱进行定量分析，但由于受到当时探测技术水平的限制，该法并未得到实际应用，直到20世纪40年代后期，随着X射线管、分光技术和半导体探测器技术的改进，X荧光分析才开始进入蓬勃发展的时期，成为一种极为重要的分析手段。 1.1 X射线荧光光谱分析的基本原理 当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。图1-1给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。 K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K 系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ
X射线荧光光谱分析的基本原理
X射线荧光光谱分析的基本原理 X射线荧光光谱是一种用于材料表面成分分析的非破坏性技术。它基于物质被X射线激发后产生荧光的原理进行分析。X射线荧光光谱分析具有高灵敏度、高准确性、广泛适用性等优点，被广泛应用于材料科学、地质学、环境科学和考古学等领域。 1.原子结构：原子由原子核和围绕核运动的电子组成。原子核由质子和中子组成，电子在不同能级上运动。 2.能级跃迁：X射线荧光光谱分析的本质是利用X射线激发原子的内层电子，使其跃迁到更高的能级。当激发源产生高能量的X射线，并且与样品发生相互作用时，部分能量将被吸收，使内层电子被激发起跃迁。 3.荧光：当内层电子被激发到较高能级后，它们不会一直保持在这个状态，而是经过一段时间后重新回到基态，释放出余下的能量。这个能量以X射线或光子的形式被释放出来，称为荧光。 4.元素特征：不同元素的原子结构、电子能级以及荧光特性都是独特的，可以用于确定样品中的元素及其含量。 5.荧光分析：荧光由不同能级上的电子返回基态时产生，其能量正比于电子从高能级到低能级的能量差。通过测量荧光的能量，可以确定样品中存在的元素及其含量。 6.X射线源：X射线荧光光谱分析需要一个高能量的X射线源来激发样品。通常使用X射线管或放射性同位素作为X射线源。 7.检测系统：X射线荧光光谱分析需要一个检测系统来测量荧光的能量。常用的检测系统包括电子学谱仪和晶体谱仪等。
8.分析流程：X射线荧光光谱分析的一般流程包括样品的制备、X射 线源的选择和调节、荧光的收集和测量、数据的处理和分析。 X射线荧光光谱分析是一种快速、准确的元素分析方法。它可以同时 分析多种元素并确定其含量，适用于大多数材料，包括固体、液体和气体。X射线荧光光谱分析在科学研究、工业生产和质量控制等领域具有重要的 应用价值。
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。 2.样品放置：将样品放置在样品台上，调整样品与X 射线的角度和距离，确保样品能够充分接收和激发X射线。 3.X射线激发：通过控制X射线源的参数，如电流和 电压，使其产生适当的X射线能量，激发样品中的原子。 4.荧光X射线测量：荧光X射线在样品激发后会发射 出来，这些X射线经过能谱仪测量并记录下来。
X射线荧光光谱分析基本原理
X射线荧光光谱分析基本原理 X射线荧光光谱分析的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后 会发射出特定能量的荧光X射线的特性。当样品受到高能X射线的照射后，X射线与样品中的原子发生作用，激发其内层电子跃迁到高能级。随后， 被激发的电子会在极短的时间内回到基态，释放出荧光X射线。荧光X射 线的能量特征与被激发电子原先所处的能级差有关，因此不同的元素会产 生特定的荧光X射线能量。 X射线荧光光谱分析仪通常包括一个X射线源和一个能量分辨的固态 探测器。X射线源产生高能X射线，其中一部分照射到待测样品上。样品 吸收部分入射X射线，并发射出对应的荧光X射线。这些荧光X射线通过 X射线波长选择装置进入探测器。 探测器中的固态探测器一般采用晶体材料，如硅或锗。当荧光X射线 入射到探测器上时，它们会激发探测器内的电子。被激发的电子跃迁到高 能级，产生能电离状态。这些能电离态会衰变为基态，同时释放出能量。 这些能量从探测器输出的电流信号中测量。 在X射线荧光光谱分析中，探测器的信号输出被称为光谱。光谱通过 能量分辨设备进行解析，以区分不同元素荧光X射线的能量。光子能量的 分辨率取决于探测器的性能和实验条件。较好的分辨率可以提高元素的分 辨能力，从而提高分析结果的准确性和灵敏度。 为了提高分析的准确性和可靠性，常常需要校正仪器。仪器校正通常 包括两个步骤：能量刻度和反漂移校正。能量刻度通过使用标准荧光样品，如硅，来确定能量与能量峰位置之间的关系。反漂移校正用于校正由于时 间和温度变化引起的仪器漂移。
X射线荧光光谱分析广泛应用于不同领域的科学研究和工业控制中。它可用于分析材料的元素组成、碳氢含量、表面产物分析、杜仲树环境激病生理机制分析等等。它还可以用于分析矿石、矿渣和环境样品中的重金属含量，用于质量控制、研发和材料鉴定等。 综上所述，X射线荧光光谱分析是一种常用的非破坏性分析技术，可以用于确定样品中元素的种类和相对含量。它的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后发射特定能量的荧光X射线。X射线荧光光谱分析具有较高的准确性和灵敏度，应用广泛，可用于材料分析、环境检测、矿石分析和质量控制等多个领域。
X射线荧光光谱分析技术
X射线荧光光谱分析技术 X射线荧光光谱分析技术（X-ray Fluorescence Spectroscopy，简称XRF），是一种广泛应用于材料分析及质量控制的非破坏性分析技术。该技术通过照射样品表面的X射线，激发样品中的原子产生特征性的荧光辐射，进而分析样品中元素的成分和含量。X射线荧光光谱分析技术已被广泛应用于地质学、环境科学、材料科学等领域。 X射线荧光光谱分析技术的原理是基于光谱学的基本原理，即每个元素都有特征性的能级结构。当样品被高能X射线照射时，样品中的原子会吸收能量，部分原子中的电子被激发到较高能级，然后回到基态时会产生辐射。这种辐射即为X射线荧光辐射，其能量与原子的能级结构相关，因此可以用来确定样品中各个元素的存在及其含量。 X射线荧光光谱分析技术可以通过改变荧光辐射的特性来确定样品中元素的含量。荧光辐射的能量与原子的能级结构有关，每个元素都有特定的能级和光谱特征。通过测量荧光辐射的能谱并与标准样品进行比较，可以确定样品中各个元素的含量。X射线荧光光谱分析技术可以同时测定多种元素，其分析速度快，准确性高，可靠性强。 1.非破坏性：X射线荧光光谱分析技术不需要对样品进行任何物理或化学处理，对样品几乎没有任何破坏作用，可以做到无损分析。 2.多元分析：X射线荧光光谱分析技术可以同时分析多种元素，可以分析样品中的主要元素和微量元素，能够提供全面的元素信息。 3.快速分析：X射线荧光光谱分析技术具有高分析速度，通过扫描样品表面可以在几秒钟到几分钟之间完成一次分析。
4.范围广：X射线荧光光谱分析技术适用于多种材料，包括固体、液体和气体等，可以应用于各种样品的分析。 5.准确性高：X射线荧光光谱分析技术的结果准确可靠，可以满足许多工业和科学研究对元素分析的要求。 X射线荧光光谱分析技术在各个领域有着广泛的应用。在地质学中，可以用于矿石和岩石中有害元素的分析，用以评估其对环境的影响；在环境科学中，可以用于水、土壤和空气中有毒金属的监测与分析；在材料科学中，可以用于分析金属、陶瓷、塑料等材料中的元素含量，以保证产品质量。 总之，X射线荧光光谱分析技术是一种高效、准确、无损的元素分析方法，具有广泛的应用前景。随着该技术的不断发展和改进，其在材料科学、地质学、环境科学等领域的应用将会更加广泛和深入。
X射线荧光光谱分析法
X射线荧光光谱分析法 X射线荧光光谱分析法（X-ray fluorescence spectroscopy，简称XRF）是一种利用样品被X射线辐照后发出的荧光光谱进行化学元素定性和定量分析的方法。它是一种非破坏性的分析技术，适用于固体、液体和气体样品。 X射线荧光光谱分析法基于X射线与物质相互作用的原理。当样品受到X射线辐照后，其内部的原子会吸收部分X射线能量，随后再以荧光的形式发射出来。这些发出的荧光光谱可以通过光谱仪进行检测和分析。不同元素的荧光光谱特征不同，因此可以根据光谱特征来确定样品中的元素成分。 在X射线荧光光谱分析法中，首先需要制备样品，将其制备成均匀的固体、液体或气体形态。为了提高分析的精确度，还可以选择加入一定的荧光剂，以增加荧光光谱的信号强度。 接下来，样品将被放置于X射线辐照源下，如X射线管，发射出的X 射线将通过样品，并激发样品中的原子产生荧光。这些荧光将被荧光仪器所记录下来，并转换成一个荧光光谱。 荧光光谱中的特征峰可以通过对样品中各元素的荧光峰进行定性和定量分析。对于定性分析，可以通过比对荧光峰的位置和强度与已知标准峰进行比较来确定样品中的元素成分。对于定量分析，可以通过测量荧光峰的强度，并使用已知浓度的标准样品制备的校准曲线进行计算。 X射线荧光光谱分析法具有许多优点。首先，它是一种非破坏性的分析方法，不需要对样品进行破坏性的处理，可以重复使用。其次，它具有高分析速度和较高的灵敏度，可以在较短的时间内分析大量的样品，并且
可以检测到低至ppm级别的元素含量。此外，X射线荧光光谱分析法还具 有广泛的适用性，可以用于各种类型的样品，包括金属、岩石、矿石、玻璃、陶瓷、塑料等。 尽管X射线荧光光谱分析法具有上述的优点，但也存在一些局限性。 首先，X射线荧光光谱分析法对于一些轻元素，如氢、碳、氮等，不敏感。其次，由于X射线荧光光谱分析法使用的是非单一元素的基线和互作用效应，因而分析结果可能受到谱线重叠和基线的干扰。此外，X射线荧光光 谱分析法需要较高的仪器设备和专业知识，对用户的要求较高。 总而言之，X射线荧光光谱分析法是一种强大而广泛应用的化学元素 定性和定量分析技术。在材料科学、地球科学、环境科学、生物医学等领 域中，它被广泛用于物质成分分析、地质矿产勘探、工业质量控制、环境 监测等方面，对于推动科学研究和工业应用具有重要意义。
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。 总之，X射线荧光光谱分析是一种高效、准确且广泛应用的无损分析 技术。它不仅能够快速确定样品的元素组成和浓度，还能够提供详细的元 素分布信息和化学状态的表征。随着仪器技术的不断发展和改进，X射线 荧光光谱分析在科学研究和工业应用中的重要性将持续增加。
X射线荧光光谱仪分析理论知识
X射线荧光光谱仪分析理论知识 1.X射线荧光光谱仪的工作原理 X射线荧光光谱仪的工作原理基于物质吸收X射线后再发射荧光的现象。当被测样品置于X射线束中，被测样品中的元素吸收并重新辐射出特 定能量的X射线荧光线。这些荧光线的能量和强度与样品中的元素种类和 含量密切相关。X射线荧光光谱仪通过测量荧光线的能量和强度，可以快 速准确地分析出物质样品中所含元素的种类和含量。 2.X射线荧光光谱仪的仪器组成 （1）X射线源：X射线荧光光谱仪通常使用X射线管作为X射线源。 X射线源产生X射线束，并照射到物质样品上。 （2）样品台：样品台用于放置被测样品。通常采用可移动的样品台，以便调整和选择不同的测量位置。 （3）光学系统：光学系统包括入射光学系统和出射光学系统。入射 光学系统用于将X射线束聚焦到样品上，而出射光学系统则用于收集和分 析荧光辐射。 （4）能谱仪：能谱仪用于测量荧光辐射的能量和强度。目前常用的 能谱仪主要有多道分析器和硅谱仪两种。 （5）数据处理系统：数据处理系统用于对测得的荧光能谱进行处理 和分析。一般采用计算机和相应的软件来实现数据处理和结果输出。 3.X射线荧光光谱仪的主要应用
（1）金属材料分析：X射线荧光光谱仪可以对金属材料中的元素种 类和含量进行快速准确的分析。它可以用于金属材料的成分分析、质量控 制和表面污染分析等方面。 （2）矿石和岩石分析：X射线荧光光谱仪可以对矿石和岩石中的元 素进行非破坏性的快速分析。它可以用于矿石勘探、资源评价和矿石加工 等方面。 （3）环境监测：X射线荧光光谱仪可以对环境样品中的重金属元素 进行分析。它可以用于大气、水体、土壤和废物等环境样品的检测和监测。 （4）生物医学研究：X射线荧光光谱仪可以用于生物样品的元素分析。它可以用于生物医学研究、药物分析和毒理学研究等方面。 总之，X射线荧光光谱仪是一种重要的分析仪器，广泛应用于材料科学、地质学、环境科学和生物医学等领域。通过对X射线荧光光谱仪的工 作原理和仪器组成的理解，可以更好地理解和应用该仪器进行元素分析。
X射线荧光光谱分析XRF基础解析
X射线荧光光谱分析XRF基础 X射线荧光光谱分析(XRF)基础 德国SPECTRO 分析仪器公司 XRF特点 1. X射线光谱简单 2. 不破坏分析 3. 精度,准确度和检出限好 4. 样品的多样性 5. 分析效率和自动化程度高 6. 吸收-增强效应(基体效应)相对比较清楚 X射线简史1 1. 1895 德国伦琴博士发现了X射线 2. 1908-1911巴克拉观测到X射线荧光现象 3. 1912 劳厄等证明了X射线有干涉现象 4. 1913 布拉格父子提出了布拉格方程 nλ=2dsinθ 5. 1913 莫塞莱发现原子系数和波长关系 √υ = Q(Z—δ) 6. 1923 哈定考斯特等发现了锆石中的铪 X射线简史2 7.1925 诺达克发现了元素Re 8.1928 盖革和缪勒研制出充气探测器 9.1948 弗列特曼和伯克斯研制成第一台X射线荧 光光谱仪 10.1969 美国海军实验室伯克斯研制出第一台能量 X射线荧光光谱仪 基础理论 X-射线定义 电磁辐射 波长0.01 nm - 10.0 nm 能量 124 keV- 0.124 keV 1nm = 10 = 10-9m= 10-6mm -raysX-raysUVVisual 0.001 0.01 0.1 1.0 10.0 100 200 nm E=hc λ 1. XRF 1.1 X射线的产生 X射线管x ray tube 灯丝filament 加速电压acceleration voltage 真空vacuum 阳极靶anode (target)
窗window -HV X-rays e 1.2X-射线的起源 X光管产生的光谱 2. Cartesian Geometry 偏振X-射线的产生 什么是偏振化 Reflected sunlight is polarized (excitation + background) 滤光片 With Polarizationfilter we can see the water (information) 为什麽使用偏振 减少背景 增加峰背比 增加轻重元素灵敏度 减少地质 聚合物 药品 液体: 油,水, organics 灰份, sewage sludge 炉渣, ceramics, refractories 矿石, metal concentrates 合金 压片 融熔片 试样杯 制样 液体和粉末 固体 应用领域 应用 参考文献(1) 1.谢荣厚"岩矿测试"2002,21 增:45 (合金钢) 2.詹秀春,罗立强"光谱学与光谱分析" 2003,23 ,23(4):763 地质 3.谢荣厚,詹秀春"冶金分析"2004,24(2):37 炉渣 4.R.Schramm…."ED(P)XRF:Screening analysis Mn ore 参考文献(2)
X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基本原理 X射线荧光分析（X-ray fluorescence analysis）是一种非破坏性的元素分析技术，通过测量物质在X射线或γ射线激发下发射的特定波长的荧光辐射来确定样品中的各种元素的含量和成分。X射线荧光分析基于X射线的两个基本原理：X射线激发和荧光发射。 首先，当物质受到高能X射线或γ射线的激发时，其原子吸收X射线的能量，电子从内层壳跃迁到外层壳。这个过程中，电子吸收的能量等于电子离开的能量差。能量差与特定的化学元素有关，所以每个化学元素都会有其特定的能级结构。 其次，受激的原子在极短的时间内重新排列，电子从外层壳跃迁回内层壳。这个过程中，发出的辐射能量等于电子在跃迁中吸收的能量差。这种发射辐射称为荧光辐射。 激发源通常是一根X射线管，其产生X射线的能量和特定波长根据分析的需要进行设置。X射线穿过样品时，样品中的原子吸收部分X射线的能量，电子跃迁并发射出特定波长的荧光辐射。荧光射线检测器负责检测和计数荧光辐射的强度，并将其转换为电信号传输给数据处理系统。 数据处理系统主要负责处理荧光辐射的信号，并利用荧光峰进行能量划分和峰面积计算，得到各元素的含量。 然而，X射线荧光分析也存在一些限制。首先，分析结果受样品的形态、存放条件、基质效应等因素的影响。其次，由于荧光信号强度很低，所以需要对比较浓缩的样品进行稀释处理，以避免过度荧光衰减。此外，X射线荧光分析的仪器设备较昂贵，需要专业的操作和维护。
总体而言，X射线荧光分析是一种重要的元素分析技术，被广泛应用于金属、土壤、矿石、陶瓷、建材、环境保护等领域，并在材料科学、地质学、生物学等研究领域中发挥着重要的作用。
X射线荧光光谱分析技术介绍之一
X射线荧光光谱分析技术介绍之一 X射线荧光光谱分析技术介绍之一 X射线荧光光谱分析（XRF）是一种利用X射线与物质发生相互作用，通过测量特定能量范围内的荧光光谱来分析样品成分的技术。X射线荧光 光谱分析技术具有非破坏性、快速、高灵敏度和广泛适用性等特点，已广 泛应用于材料科学、地质学、环境监测、生物医药、金属冶炼等领域。 X射线荧光光谱分析技术的基本原理是当样品受到高能X射线束的照 射时，样品中的原子会发生碰撞和电离现象，其中部分原子内层电子会被 击出，生成空位。这些空位只能由外层的电子填充，填充的过程中释放出 能量，产生荧光辐射。荧光辐射的能量与样品中元素的种类和含量有关， 通过测量荧光辐射的能谱即可确定样品中元素的成分。 X射线荧光光谱分析技术通常使用X射线管产生X射线，X射线通过 X射线透射窗照射至样品表面，样品表面的元素吸收部分X射线，产生特 征的荧光辐射。荧光辐射经过X射线透射窗进入X射线荧光光谱仪，经过 入射光路、能量分析装置和探测器等部分，产生能谱图。 入射光路主要包括X射线照射和荧光辐射收集系统。X射线照射系统 包括X射线管、滤波器和准直器，X射线管产生所需的X射线的波长；滤 波器用于减少辐射中的低能量成分，提高分析的准确度；准直器用于限制 X射线束的照射范围和方向。荧光辐射收集系统由样品支持和荧光辐射探 测器组成，样品支持用于放置样品并固定样品的位置；荧光辐射探测器用 于收集荧光辐射并将其转化为电信号。 能量分析装置主要包括晶体和多道分析器。晶体的种类与样品中元素 的种类有关，晶体与入射X射线和荧光辐射之间存在特定的相互作用，产
生衍射和散射现象，能够通过晶体将不同能量范围的X射线和荧光辐射分离出来。多道分析器用于在能谱仪中收集、放大和整理荧光辐射的能谱信息，最终转化为数字信号。 探测器是X射线荧光光谱分析的关键部分，它的性能直接影响到分析的灵敏度和准确度。常用的探测器包括气体比例计、固体比例计和半导体探测器等。气体比例计和固体比例计主要用于低能量范围的分析，半导体探测器则可用于更广泛的能量范围。 X射线荧光光谱分析技术通过测量荧光辐射的能谱，分析样品中元素的种类和含量等信息。通过对能谱的处理和分析，可以得到准确的样品成分分析结果。X射线荧光光谱分析技术具有非破坏性、快速、高灵敏度和广泛适用性等特点，在材料研究、地质学、环境监测、生物医药等领域有着重要的应用。
X射线荧光光谱分析的基础知识
《X射线荧光光谱分析的基础知识》讲义 廖义兵 X射线是一种电磁辐射,其波长介于紫外线和γ射线之间.它的波长没有一个严格的界限，一般来说是指波长为0.001—50nm的电磁辐射。对分析化学家来说,最感兴趣的波段是0.01—24nm，0。01nm左右是超铀元素的K系谱线,24nm则是最轻元素Li的K系谱线。1923年赫维西（Hevesy，G。Von)提出了应用X射线荧光光谱进行定量分析,但由于受到当时探测技术水平的限制，该法并未得到实际应用,直到20世纪40年代后期，随着X射线管、分光技术和半导体探测器技术的改进，X荧光分析才开始进入蓬勃发展的时期，成为一种极为重要分析手段。 一、X射线荧光光谱分析的基本原理 元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁,同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，根据莫斯莱定律，荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下： λ=K（Z− s）−2 式中K和S是常数. 而根据量子理论，X射线可以看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光具有的能量为： E=hν=h C/λ 式中，E为X射线光子的能量，单位为keV；h为普朗克常数；ν为光波的频率；C为光速。 因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量，就可以知道元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此,可以进行元素定量分析。 图1为以准直器与平面单晶相组合的波长色散型X射线荧光光谱仪光路示意图。 图1 平面晶体分光计光路示意图 A—X射线管；B—试料；C—准直器;D—分光晶体；E—探测器 由X射线管（A）发射出的X射线(称为激发X射线或一次X射线）照射到试料(B)，试料(B）中的元素被激发而产生特征辐射(称为荧光X射线或二次X射线）.
X射线荧光光谱分析的基本原理
X射线荧光光谱分析的基本原理 当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为10-12-10-14s,然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁,也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应,亦称次级光电效应或无辐射效应,所逐出的 次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形 式放出,便产生X射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差。因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系。图10.1给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。 K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图10.2)。如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K 层,此时就有能量ΔE释放出来,且ΔE=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα射线,同样还可以产生Kβ射线 ,L系射线等。莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下: λ=K(Z-s)-2
这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数,因此,只要测出荧光X射线的波长,就 可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析。 当一束光或电磁波照射到物质上时,光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。在通常的状态下,物质中这些微粒处于基态,吸收一定频率的辐射后,由基态跃迁到激发态,这个过程称为辐射的吸收。处于激发态的微粒是十分不稳定的,大约过10-8—10-9秒,便以辐射的形式释放出多余的能量,重新回到基态,这个过程称为辐射的发射。只有当激发光子的能量等于受激发微粒由基态跃迁至激发 两个能量级的能量差时,才能发生辐射的吸收现象。同样,物质发射光子的能 量也只有等于相应的两个能级的能量差,即 △ E = E1- E2 = hv1 - hv2 = h(1/λ1 - 1/λ2),也可以是: △ E = E1- E2 = hv = hc/λ 式中E1、E2分别为高能级、低能级的能量,通常以电子伏特为单位;h为普朗克常数(6.6256× 10-34J·s);v及λ分别所发射电磁波的频率及波长,c为光字真空中的速度,等于2.997×1010cm/s。 通过能量公式可以计算出在各电磁辐射区产生个类型跃跃迁所需的能量,反之亦然。例如,使分子或原子的阶电子激发产生跃迁所需的能量约为20—1eV,则所吸收的电磁辐射的波长范围约为62—1240nm。 每一条所发射的谱线的波长,取决于跃迁前后两个能量级之差。由于原子的能级很多,原子在被激发后,其外层电子可有不同的跃迁,但这些跃迁应遵循一定的规则(即“光谱选律”),因此,对特定元素的原子可产生一系列不同波长的特征光谱线
X荧光光谱分析培训内容教学内容
X 荧光光谱分析培训内容 一、X 荧光原理 1、 X 射线荧光的基本概念 X 射线是一种电磁波，其波长在0 . 1~100 之间(1 =10 m)，根据波粒二相性原理，X 射线也是一种粒子，其每个粒子根据下列公式可以找到其能量和波长的一一对应关系。 E ＝hv=h c/λ 式中h 为普朗克常数，v 为频率，c 为光速，λ为波长。 ①X 射线产生的几种方法 a 、 高速电子轰击物质，产生韧致辐射和标识辐射。其产生的韧致辐射的X 射线的能量取决于电子的能量，是一个连续的分布。而标识辐射是一种能量只与其靶材有关的X 射线。这是X 光管的基本原理。 b 、 同位素X 射线源，释放的射线的能量也是量化的,而不是连续的。 c 、 同步辐射源。电子在同步加速器中运动，作圆周运动，有一个恒定的加速度，电子在加速运动时，会释放出X 射线，所以用这种方法得到的X 射线叫同步辐射X 射线。 ②基本概念 a 、 X 射线荧光：通常把X 射线照射在物质上而产生的次级X 射线叫X 射线荧光（X —Ray Fluorescence ），而把用来照射的X 射线叫原级X 射线。所以X 射线荧光仍是X 射线。 b 、 特征X 射线：它是由原子外层电子向内层跃迁，释放出能量以X 射线的形式表现出来，其能量只与元素本身有关，因此称为特征X 射线。由不同能级跃迁产生的能量是不同的，因此，特征X 射线分为K α、K β、L α、L β…… c 、 X 射线对物质产生的作用：可产生特征X 射线，散射，光电子，其他作用，在用X 射线分析物质时，特征X 射线是分析的关键，其他的作用将产生本地效应，应该尽量避免或减小它。 ③荧光强度与物质含量的关系，可以用以下的表达式说明： I i =f （C 1,C 2…C i …） i=1,2… Ii 是样品中第i 个元素的特征X 射线的强度,C 1,C 2,……是样品中各个元素的含量.。反过来，根据各元素的特征X 射线的强度，也可以获得各元素的含量信息。这就是X 射线荧光分析的基本原理。 2、荧光分析的特点 X 荧光光谱分析在分析测试领域内的发展非常快，根据其分析原理，可以看出X 荧光分析具有以下特点： 优点： （a ）分析速度高。测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可E kev A o ().()= 123964λ