X射线荧光光谱仪培训课件

用户培训课程X射线荧光谱仪XRF谱仪系统结构XRF谱仪发生源光路探测器电子线路软件波长/能量色散谱仪波长色散X射线荧光光谱仪：采用单晶或多层膜晶体根据Bragg定律将不同能量的谱线分开，然后进行测量。能量色散X射线荧光光谱仪：采用脉冲高度分析器将不同能量的脉冲分开并测量。波长/能量色散比较EDXRF和WDXRF光谱仪的优缺点

EDXRFWDXRF元素范围Na－U（钠－铀）Be－U（铍－铀）检测限分析轻元素不理想分析重元素较好对铍和所有较重元素都较好灵敏度轻元素不理想，重元素较好轻元素尚可，重元素较好分辨率轻元素不理想，重元素较好轻元素较好，重元素不是很理想仪器费用相对价廉相对昂贵功率消耗5－1000W200-4000W测量方式同时顺序/同时转动部件无晶体，测角仪波长色散使用单晶或多晶来衍射所分析的波长波长色散谱仪组成X光管分光系统探测系统X光管端窗阳极材料 窗口材料激发kV,mA冷却滤片超尖锐端窗X-rayTube超尖锐端窗X-rayTubeX射线的产生（1）阴极发射自由电子（例如加热灯丝）；（2）在真空中，迫使这些自由电子朝一定方向高速运动（例如用高压电场）；（3）在电子高速运动的途径上设置能突然阻止电子运动的金属靶，高速电子与阳极靶原子相遇突然减速，并转移能量，发射X射线光子（4）高速电子的能量99%以热能释放，仅有1％的能量转变成X射线光子。初级激发的选择阳极材料

kV

(光管功率)mA}初级激发的选择OptimumkilovoltselectionPW24xx/Axios-SST-RhanodekVK-linesL-Lines60Fe-BaSm–U50Cr–MnPr–Nd40Ti–VCs–Co30Ca–ScSb–I24Be–KCa-Sn初级光束滤片去除X光管靶材特征谱线的干扰(如RhKa)改善峰背比，得到更低的LLD(分析痕量元素时)衰减强度降低X光管光谱的杂质(Cu,Ni,Fe….)滤光片的位置初级光束滤片改善峰背比.所有的滤片都可以减少计数率.滤片用途K-rangeBrass0.30mmRemoves RhKlinesImproves SBRE>20keV>45RhBrass0.10mmImproves 16-20keV40Zr-45RhAl0.75mmImproves 12-16keV35Br-40ZrAl0.20mmRemoves RhLLinesImproves SBR:4-12keV22Ti-34SeBerylliumTubeprotection(speciallyforliquids)>11Na初级光束滤片去除X光管靶材谱线的干扰例如:高纯铜杂质分析El.Conc.(%)Sb0.10Sn0.052Cd0.029Ag0.018初级光束滤片改善峰背比750mmAlfilter,Soilsample角色散角色散(dQ/dl)nl=2d.sinQ(Bragg公式)微分后得到:角色散随衍射级数(n)和衍射角(Q)的增加而增加角色散随晶体面间距(d)的减小而增加色散谱仪分辨率决定于:准直器或狭缝的间距使用平晶还是弯晶及其反射能力一般用谱峰最大值一半处的峰宽(半峰宽)来表示

⊙光阑：每种谱仪配备有所不同，通常选择3～4块。如axios系列最多可配置6个，有6、10、27、30、37和48mm可选择。⊙光阑对灵敏度是有影响的，若以不用光阑时强度为100%，使用Φ24mm的光阑时的强度仅为60%。

光束限制光阑准直器是由平行金属板材组成两块金属片之间的距离有100、150、300、550、700和4000μm供选择。一级准直器二级准直器准直器元素准直器尺寸Be-Ne4000，700Na-Ar700，550K-Ni300，150Ni-U150，100

准直器不同准直器的使用效果灵敏度和分辩率的矛盾准直器/狭缝PW24xx&Axios准直器型号间距(mm)应用PW2478/10100非常高分辨率TeK–AsK&UL–PbLPW2478/15150高分辨U-KPW2478/30300高强度U-KPW2478/55550对轻元素高分辨Cl-FPW2478/70700对轻元素高强度Cl-FPW2478/004000超轻元素Be-O分辨率晶体PW24xx&Axios选择的晶体或多层晶体*也可以选择弯晶晶体名称2d值(nm)K-Spectra元素L-Spectra元素LiF4200.180Te-NiU-HfLiF2200.285Te-VU-LaLiF2000.403Te-KU-InGe111(C*)0.653Cl-PCd-ZrInSb111(C*)0.748SiNb-SrPE002(C*)0.874Cl-AlCd-BrPW24xx&Axios选择的晶体或多层晶体Crystalname2d值(nm)K–Spectra元素L-Spectra元素TlAP1002.575Mg–OSe-VPX15Mg–OSe-VPX320BPX412CPX511NPX630BePX90.403Te-KU-In晶体探测器探测器将X射线光子转化成测量电压脉冲各种探测器需要测量一定的波长范围0.04-12nm(0.1-30keV).ULa-ILa&TeKa-BeKa探测器的种类和适用范围闪烁计数器：适用于重元素和短波辐射：

0.04-0.15nm(8-30keV)；流气正比计数器：适用于轻元素和长波辐射；

0.08-12nm(0.1-15keV)；封闭正比计数器：适用于中间元素和中波长辐射；

0.10-6nm(9-11keV)；所有探测器产生的输出脉冲的平均幅度正比于入射X射线的能量探测器–概述PW24xx/Axios探测器闪烁探测器封闭Xe探测器(可选择)流气探测器双重探测器(封闭+流气)探测器–概述PW26xx&PW1660探测器每个固定道最佳探测器闪烁探测器封Xe,Kr,Ne探测器流气探测器探测器–选择类型范围(nm)范围(keV)仪器Arflow0.15-120.1-8Seq,Sim&Vac.scannerNeSealed0.4–0.831.5-3SimKrSealed0.15–0.403–8Sim&PartialVac.scannerXeSealed0.08–0.216-15Seq&SimScintillation0.04–0.158-32Seq,Sim&PartialVac.Scanner闪烁探测器结构Be窗口光阴极倍增极阳极闪烁晶体放大器封闭气体正比探测器结构封Neon,Krypton或XenonIonizationofgasatoms:X

X++e-

流气探测器结构P10gas(90%Ar–10%Methane)IonizationofAratoms:Ar

Ar++e-

探测器-PHDSpreadinheightofdetectorpulses探测器-PHDEnergyResolutionofX-rayDetectorsNV探测器探测器的分辨率与入射X光子波长有关。一般而言此处引进Q因子，用来表示探测器的分辨率好坏。从理论计算可得到的最大Q因子称为Qnorm如果实测计算所得的Qcalc<Qnorm，则表明探测器工作正常，相反则需维护(如更换探测器窗膜和阳极丝)需注意的是，在比较Q因子时，其计数率一般应在20kcps以下一般而言的Qnorm值对流气正比探测器为45，对闪烁探测器为120

探测器的能量分辨率半高宽平均脉冲高度X射线探测器能量分辨率逃逸峰OriginofEscapePeaks逃逸峰的计算CrKα的逃逸峰

CrKa ArKa 5.41keV 2.96keV CrKa-ArKa=5.41-2.96=2.45光子峰逃逸峰不同分析元素的逃逸峰位置脉冲高度分布及设置将设置范围内的脉冲进行计数除去不希望要的脉冲：低电位端的计数器噪声另外元素的高次衍射谱线(n>1)晶体发出的X光荧光Pulsedistribution-Scintillationdetector脉冲高度选择脉冲高度选择XeSealedproportionaldetector脉冲分布-Ar流气正比计数器脉冲高度选择Pulsedistribution-duplexdetector脉冲高度选择Ge晶体的荧光对SKa线PHD的影响在25%处的能量峰((25/50)*2.31=1.15keV)并非SKa线的逃逸峰，而是Ge晶体产生的La线的能量峰(1.18keV)Ge晶体的荧光对PKa线PHD的影响在28%处的能量峰((28/50)*2.01=1.13keV)并非PKa线的逃逸峰，而是Ge晶体产生的La线的能量峰(1.18keV)PX1晶体的荧光对NaKa线PHD的影响PX1晶体的荧光对NaKa线PHD的影响去掉晶体荧光:使用TlAP分析石灰石里的MgO脉冲高度选择去掉晶体荧光: