X荧光光谱仪的原理

1、X 炎光光谱仪讲座1、简述X荧光光谱仪的原理和结构?2、P10气的作用是什麽？X 荧光光谱仪原理和结构: 一、简介X射线荧光（XRF）能用于测定周期表中多达83个元素所组成的各种形 式和性质的导体或非导体固体材料，其中典型的样品有玻璃、塑料、金属、 矿石、耐火材料、水泥和地质物料等。凡是能和X射线发生激烈作用的样品 都不能分析，而要分析的样品必须经受在真空（45Pa）环境下测定，与其 他分析技术相比，XRF具有分析速度快，稳定性和精密度好以及动态范围宽 等优点。扫描式X射线荧光仪安装的是具有很大测定灵活性的测角仪，只要配备 了必要的分析晶体就能按序分析周期表上多达83个元素。此外，测角仪还可以

2、使用半定量分析元件如Quant AS,这些软件能快速 分析未知样品，而不需要使用标准参考物质做仪器校准。而我公司 ARL9800XP荧光光谱仪装有一个测角仪（扫描道）和一个衍射道，如果需 要还可以再装14个固定道，它配有12位样品交换器，可以设定自动进样。二、X荧光光谱仪的工作原理及构造： X-荧光光谱仪有两种类型：一种是波长色散型(WDX), 一种是能量色散型(EDX),我公司使用的是波长色散型，在 WDX中，荧光光谱通过色散元件(如晶体)被分离成不连续的 波段，然后用气体正比计数器或闪烁计数器检测，其主要组成 是X光管、初级准直器、晶体、次级准直器和探测器，及辅助 装置如初级滤光片等。在分

3、析样品的情况下，当来自X光管的初级X射线和试样作用后产生以下三种现象：(1) X射线中的光电子被试样中的原 子吸收后，产生X荧光和俄歇效应。(2) X射线被试样中的原 子碰撞后产生相T散射和非相T散射。(3) X射线未被试样原 子吸收也未被试样中的原子碰撞，而是穿透试样继续传播，而 x射线荧光光谱仪测量的就是x荧光。1、X射线荧光光谱仪的基本原理:被测试样进入光谱仪后，受到来自X光管发出的X射线光束 激发，产生X荧光，X射线荧光是指用X射线管或其它合适的辐 射源照射物质时，使组成物质的原子产生具有特征性的一种次 级X射线，X光管发射的光谱是有靶材元素（Rh错）的特征谱 和连续谱（或称白色辐射）

4、所组成，来自样品的辐射是由X光 管光谱和样品中各元素的特征谱所组成的混合光，这种混合光 被引入测角仪所组成的色散系统分光，分光后所得的谱线和被 测样品中存在的兀素有关。2、其结构X光管X射线.样品初级准直器狂光晶体次级准直器探测器色散系统初级X射线照射样品后，样品会发出由各组成元素生成的混杂 在一起的多色次级X射线，色散系统的任务就是要将某一待测 元素从上述混杂线中分离出来，送入探测器检测。单道扫描型波长色散X荧光光谱仪是釆用平行光结构，它的分 光元件（准直器和平面晶体），以及探测器都安装在测角仪装 置上，试样位置不变，测定时，晶体和探测器分别对来自试样 的次级射线作。和28的相对运动，这时所

5、需检测的谱线就被分离 出来，并被检出。单道扫描型仪器在测定时是一个元素测完后再测一个元素的， 因此测定周期较长，但是它的测定范围很广，只要配置足够的 晶体和探测器，几乎可测定所有元素。a准直器:准直器分为入射和出射两种，入射准直器交换器上可放4个, 可程控选择，我公司的荧光仪有3个：细准直器(0.15 )，中 粗准直器0.25，粗准直器0.6 o轻元素由于荧光产额低选粗准 直器，重元素谱线复杂选细准直器,出射准器仅一个装在探测器 to准直器又称索拉狭缝(Soller Slit)是由平行的薄金属片组成，它的 作用是使从样品来的次级射线经入射准直器后成为平行光束射 入平行晶体，然后经分光后再通过出

6、射准直器准直后射入探测器 检测.b、晶体:晶体交换器上可放9块晶体，可程控选择，我公司的荧光 仪有4块,分别是AXO6、PET、Lif200、Lif220。晶体 是指内部结构中的分子、原子和离子，都有规律地在 三维空间成周期性排列，而组成一定形式的晶格所组 成的一种物质，在外形上，晶体表现为一定形状的几 何多面体，组成这种几何多面体的平面称晶面。晶体 都具有一定的对称性，而且是一种均一的各向异性体。晶体衍射和稳定性具有符合某些条件时晶面才反射X射线，这种选择性反射称为 衍射。布拉格定律指出：如果在晶面间距为d的晶格面上反射波长为九 的X射线，那么这个波与相邻平面反射的波在路程上相差 2dsin

7、64的距离，当这段距离的长度是波长的整数倍时，反射 的X射线被加强，否则它们互相抵消。布拉格（Bragg）公式n九=2dsin8根据这一公式就可以通过改变 衍射角将多波长X射线中某一特定的波长从其他波长中衍射出 来，达到分光的目的。晶体的稳定性：由于温度变化时,晶面会膨胀或收缩使2d值改变, 根据Bragg公式在B角不变时测到的波长发生变化,数据就发生波 动,PET晶体是对温度最敏感的晶体，为了保证数据的稳定提高测 量精度，必须在恒温下进行。探测器:X荧光仪共有2个探测器，即流气正比计数器和闪烁计数器，装在探测器架上,可程控切换.流气正比计数器:在工作时有一定量气体流过，气体流量和压力受控保持

8、恒定的，它的入 射窗口是一层很薄的涂有铝的聚丙烯膜，厚度在1微米左右，他犬多数用在 测角仪上。我公司9800XP荧光仪使用的窗膜是薄型PEA6,它的厚度是0.6微 米。他是在一个金属圆柱型腔体内沿其中心轴挂有一根金属丝，其直径约 为25-75微米，接高压起阳极作用，金属筒外壳接地做阴极，筒体内充的 是惰性气体，如氮气，并混有淬灭气体甲烷，我公司在测角仪中流气正比 计数器使用的是P10气，它的组成是90%Ar+10%CH4o X射线光了通过窗膜 射入计数器内作用于惰性气体，就使这些气体原子接受能量后发生电离， 产生电子离子对A-A/+e-,对某一确定的气体而言，如果所有入射的光子都 产生电子离子

9、对，则电子离子对的数目与光子的能量成正比，这时的离子 对只是初级电离，还达不到被有效检测的程度，还需要气体放大或雪崩。当探测器加以高压在电场的作用下，电子走向阳极丝，而离子走向筒体负 极，当加速电子与其他气体原子碰撞产生二次电离，使带电粒子数有了相 当大的增加，当电子到达离阳极丝只有几个直径的距离时（约100200微 米），倍增级数加大即A原子进一步离子化。在正比计数区，每个初级电子只产生一次雪崩效应，这个经放大后的电荷数仍正比于初级电子 数，也即正比于入射光子数，如果将产生的电子电荷计数就测得了 入射光子的数目（强度）。在惰性气体中加入淬灭气体（甲烷气）的目的是确保只发生一次 雪崩，在工作时

10、甲烷分子和惰性气体一起电离，然后分布在整个探 测器空间，当雪崩无法控制时，它起到复合作用，影响电子和离子 的重新结合，抑制雪崩的发展。总之，X射线光子进入探测器后经过初级电离和气体放大，一个 光子能产生许多电子电离对，其中电子向阳极运动、离子向阴极运 动形成电流，最终在电脉冲发生电路上形成电脉冲，探测器输出电 脉冲幅值与入射光子能量成正比，而电脉冲的强度与入射光子的数 目成正比。它有两部分组成：即闪烁材料和光电倍增管。当X射线射入闪烁材料时会发出可见光，当闪烁晶体发出的可见光射入光电倍增管的光阴极上时，光阴极就发射光电子。光电倍增管是由一些称作打拿极的阳极和光阴极组成，打拿极以连续增热方式排列

11、，以相继一级级地加速由光阴极发岀的光电子，根据打拿极的数量和光电倍增管使用的高压，在内部最后可放大到 105106数量级。:闪烁计数器也是正比计数器，它产生的脉冲幅值和入射光子能 量成正比，脉冲强度和光子数成正比。它用于波长较短的X射 线检测。探测器的稳定性：除了探测器高压和气体流量的不稳定所引起 的测量信号波动外，探测器本身的稳定性取决于阳极丝的清洁C 由于充气的纯度不够或长期使用形成的小颗粒沉积在阳极丝的 表面，使阳极丝的有效-直径改变，导致局部电场破坏，改变气 体放大增益，使测定数据波动。、X射线衍射的分析：二、X射线衍射的分析(XRD)系统测量的是经衍射后的来自X 光管发射的某一特定波长，这个特定波长的光是被待测样品中存 在的晶体晶面所衍射，它是用来测定样品中的化合物而完成样品 分析. XRD原理:来自X射线管的原级X射线，经一初级准直器将X光形 成儿乎是平行光柱射入试样并被衍射，从试样射出的衍射光进一 步被一个二次准直器准直，射向一个适当的晶体，经衍射后进入 出射准直器，再进入探测器就检测出不同结构的物相。衍射道的结构X射线平行光X光管衍射光 级准直器样品衍射光二次准直器晶体准直器探测器 总之，X射线荧光分析（XRF）是用来测定样品中的元素组 成，即完成元素分析；而X射线衍射分析（XRD）是用来测定样 品中的化合物，即完成物相分