HT-992型荧光分析仪

1、HT-992型荧光分析仪使用说明书 目 录 第一章 主要用途和特点 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 第二章 主要技术性能和功能 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 第三章 简要工作原理 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 第四章 数据采集与处理软件的使用说明 - - - - - - - - - - - - - - -7 第五章 安装方法及ADC卡的使用 - - - - - - -

2、- - - - - - - - - - - -12 附 录 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -14 一、 主要用途和特点 本产品设计新颖，使用方便，稳定可靠。整个测量系统不需要NIM机箱。模数变换器(ADC)和接口(PHA)做成一块计算机专用卡插入微机ISA扩展槽内，板卡的存在不影响计算机的通用性，线性放大器和高压电源装在一个精致的金属盒内，所以整个硬件非常简洁所用计算机可用北大方正、联想、清华同方、实达、金长城等相兼容的任何型号的微机。本产品为定型产品。 二、X荧光分析基本

3、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。当原子中K层电子被击出后，L层或M层的电子填补K层电子空位，同时以一定几率发射特征X射线。LK产生的X射线叫K系，L层有三个子壳层，允许跃迁使K系有二条谱线K1和K2。MK产生的X射线叫K系，M层有五个子壳层，允许跃迁使K有K1，K3，K5三条谱线。当原子

4、中L层电子被击出后，ML跃迁产生的X射线叫L系。特征X射线的能量为两壳层电子结合能之差，即 EK=BK-BL EK=BK-BM EL=BL-BM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、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。用质子激发特征X射线的分析技术（常记为PIXE）是几种激发方式中分析灵敏度最高的，相对灵敏度达10-6-10-7g/g，绝对灵敏度可达10-9-10-16g，而且可以将质子来聚焦、扫描，对样品作微区分析。用电子来激发（常记为EIX），目前主要用在扫描电镜中。与PIXE相比，

5、电子激发引起的轫致辐射本底比质子激发大，影响分析灵敏度，一般比PIXE低2-3个数量级。另外这种激发方式不能在空气中进行，只适用于薄样品。用X射线或低能射线激发（记为XIX），常用X光管，放射性同位素作为激发源。这类激发用射线不能聚焦；分析灵敏度亦稍低，相对灵敏度一般为10-5-10-6g/g，绝对灵敏度约为10-7-10-8g，低于PIXE的灵敏度。最近，用同步加速器环形加速的轨道电子的强电磁辐射作激发源，波长范围从软X线至电磁波，连续可调，强度很大，有些状态下，准直性极好，可能很有发展前途。作为学生近代物理实验，激发源选用放射性同位素源是适宜的，这样整套仪器轻巧、成本价廉。可选用的有55F

6、e、238Pu、109Cd、241Am、57Co、153Gd等。其中238Pu 衰变后发射的234U的LX射线，其能量为11.6-21.7keV。238Pu的半衰期为87.7年。从安全性、适用性、经济性考虑，238Pu较适合学生实验选用。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谱上。如图1能

7、谱示意图所示1。a峰是相干散射光子峰，b是康普顿散射光子峰，c是特征X射线峰，d是散射光子在探测器中的康普顿边缘。X射线能量（任意单位）图1 光子激发的特征X射线能谱示意图（假定样品基体由轻元素组成）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

8、(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。用正比计数管作探测器的X荧光分析系统如图2所示。为防止探测系统中脉冲叠加，除适当选择放射源强度外，前置放大器和主放大器要有抗堆积措施。多道分析器道数取1024道较适宜作多元素同时分析，数据可由计算机获取和处理。三 实 验图2 实验装置示意图（1） X荧光分析仪的能量、效率刻度仪器在实测样品前需要作能量和效率标定。常用的方法有两种：a.用标准X射线源进行校刻。即用一组射线能量和强度已知的源，探测器对其张一固定立体角，在固定时间内测出对应能量的X射线峰和计数，作出能量效率校正曲

9、线。常用的校刻标准源及其K X射线能量是54Mn(5.41keV)、55Fe(5.90keV)、57Co(6.4keV)、65Zn(8.05keV)、85Sr(13.39keV)、88Y(14.16keV)、57Co(14.4keV )。b. 用标准样品进行校刻。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和相对含量特征峰强度曲线。（2） 样品测量图3、图4分别为用图2所示仪器测得的锶铁氧体和铅锌矿样品的XIX

10、能谱。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。元素绝对含量可由下式计算：图3 锶铁氧体的XIX能谱图4 铅锌矿样品的XIX能谱 W=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、T为该特征X射线在样品中的透射率，对薄样品近似为1。N0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：样品中元素的含量亦可以根据前述标准样品测得的定

11、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Ni、Nj。（3） “光电吸收限”的应用图5给出了部分元素光电截面与光子能量的关系。光电截面有强烈的图5 光电截面与光子能量的关系吸收限，利用这一 图5 光电截面与光子能量的关系特点，可选用合适的吸收物质来抑制某种元素的特征X射线强度，从而比较明显地测出原被淹没的元素的特征X射线峰。例如，某一近10种元素的样品中Fe和Zn的含量较高，而Mn和Cu含量较低。为提高对Cu、Mn的分析精度，分别在特征X射线进入探测器的光路上放置Cr和Ni吸收片。Cr的吸收限是5.99keV，Fe的K1线是6.40keV，被Cr吸

12、收片吸收，谱中Fe峰削弱，而Mn的K1线是5.89keV，不会被Cr吸收，因此谱中原被Fe峰淹没的Mn峰显出来。同样Ni吸收限为8.33keV，Zn的K1线是8.62keV，被吸收而Cu峰显出来。（4） 验证莫塞茉定律1913年莫塞莱（H.G.J.Moseley）发现元素的特征X射线频率与原子序数Z有下列关系：式中A、B是常数；对一定范围内的元素，A、B不随Z改变。用数种纯金属样品，测出它们的特征X射线能量验证上述关系。（5） 研究X射线的吸收用纯金属放在样品位置，激发出一定能量的特征X射线。用多道分析器的上、下阈卡去散射光子峰，留下特征X射线峰，固定测量时间，在特征X射线到探测器的光路上放置同种材料，厚度不同的吸收片；再换放厚度相同、材料不同的吸收片，分别测出固定时间内的计数。在样品位置换放另外的纯金属，以改变特征