光谱仪原理及维护详解演示文稿

光谱仪原理及维护详解演示文稿目前一页\总数九十三页\编于十二点（优选）光谱仪原理及维护目前二页\总数九十三页\编于十二点

一.X射线荧光仪概论目前三页\总数九十三页\编于十二点.炼钢炉前分析的发展手动湿法分析手动仪器分析自动快速分析目前四页\总数九十三页\编于十二点.快速分析的几种模式X荧光火花光谱制样（铣床）机械手试样归类存储进样目前五页\总数九十三页\编于十二点XRF光谱仪通常分成两大类：能量色散光谱仪(EDXRF)2.波长色散光谱仪(WDXRF)X射线荧光仪分类目前六页\总数九十三页\编于十二点

1.能量色散光谱仪(EDAXS)X光管－样品－探测器－定标器－微机X光管或放射性同位素

半导体探测器

样品

冷却器

多道分析器MCA

目前七页\总数九十三页\编于十二点二维光学（光管直接激发）EDXRFX光管初级辐射直接激发样品，由样品发射的荧光直接进入探测器进行光电转换和能量分辨，信号输入多道分析器进行定性和定量分析。这种方式的仪器适用于快速定性分析和常规样品定量分析。其优点是定性分析速度快，缺点是对轻元素和重元素，分析效果差。Minipal4目前八页\总数九十三页\编于十二点三维光学（二次靶片振光激发）放大器及多道分析器探测器

二次靶

样品

X光管

X光管初级辐射激发二次靶(如Tika，多个)，用偏振的靶线激发样品，产生样品荧光，经探测器光电转换并分光，输入多道分析器，进行定性和定量分析。通过偏振，降低背景，提高灵敏度。这种方式适用于测定痕量重金属元素。EPSON5目前九页\总数九十三页\编于十二点2.波长色散X射线光谱仪样品X光管初级准直器分光晶体探测器

放大器PHS及计数电路波长色散荧光光谱仪由激发源、样品室、前级准直器、分光晶体、后准直器、探测器、放大器、多道脉冲分析器、定标器及计算机组成。目前十页\总数九十三页\编于十二点波长色散光谱仪AXioS光谱仪目前十一页\总数九十三页\编于十二点能量型：优点，无分光系统，小巧，检测灵敏度提高2—3数量级，可一次同时测定样品中几乎所有元素；缺点，分析背景大，准确度不够，尤其对轻元素还不能使相邻元素的Ka谱线完全分开。波长型：主要由光源、准直器、分光晶体、检测器、记录系统组成，有多道和单道式，分析准确度较高，价格较贵。小结EDXRF和WDXRF优缺点：目前十二页\总数九十三页\编于十二点二.X射线荧光仪分析原理目前十三页\总数九十三页\编于十二点XRF分析分包括定性分析与定量分析。根据选用的分析晶体和实测的2θ，用Bragg公式算出波长，根据Moseley定律确定元素，并从峰的能量中确定大致含量，进行定性分析；2.根据已知元素某特定波长或能量的光谱线强度强度确定该元素在样品中的浓度，进行定量分析。XRF光谱分析原理目前十四页\总数九十三页\编于十二点

两个重要定律

布拉格衍射（Bragg）定律:

nλ=2dSinθ

以Fe为例，当n=1时对于LiF200晶体：2d=0.4028nmFeKα

λ=0.19373nmθ=

28.75°2θ

=

57.50°莫塞莱（Moseley）定律：

其中为波长，K、S是常数，Z是原子序数目前十五页\总数九十三页\编于十二点

XRF定量分析根据元素的特征X射线光谱线的强度与元素在样品中含量间的函数关系，确定样品中各元素的浓度，称为定量分析。目前十六页\总数九十三页\编于十二点

XRF定量分析的基本步骤1.建立分析程序2.建立漂移校正程序3.建立标样浓度文件4.测量标样的光谱强度5.建立校准曲线6.测量未知样品目前十七页\总数九十三页\编于十二点

XRF定量分析程序的汇编步骤汇编分析应用程序汇编分析应用程序点击新应用项输入新程序名输入通道组名汇编化合物表汇编分析通道检查状态参数样品形态说明搜索光谱干扰确定背景位置2角光学扫描确定脉冲条件PHD扫描计算测量时间汇编样品识别目前十八页\总数九十三页\编于十二点

建立定量分析程序1.选择测量介质：真空或He气2.选择通道光栏：确定试样的照射面积大小通常有直径27mm或30mm或37mm……可选3.汇编需要分析的元素或化合物（用系统化合物表和周期表）4.选择试样类型：块样…………金属，合金……等固体粉末压片…….输入样品量，粘接剂种类及加入量熔融片……….输入样品量，熔剂种类及加入量溶液………….输入样品量，溶剂种类及溶剂加入量目前十九页\总数九十三页\编于十二点建立分析测量程序（续）5.汇编测量通道道(Channel)：内容包括通道名、谱线、晶体、准直器、探测器、滤光片、kV/mA、峰位及背景测量时间，脉冲高度分布条件(PHD)检查分析线光学条件(CheckAngle)：确定峰位实际角度及背景点；计算测量时间、检查谱重叠检查电学条件(CheckPHD)：确定脉冲高度分布的设定条件8.自动生成分析测量程序目前二十页\总数九十三页\编于十二点

分析线的选择选择分析线时，通常选择高强度、最灵敏线。一般K系线强度>L系线强度。在无干扰的情况下尽量选择K系线。一般：原子序数Z=4Be～53I，选用K系谱线原子序数Z=55Cs～92U，选用L系谱线原子序数Z=37Rb～60Nd，选用K或L系谱线目前二十一页\总数九十三页\编于十二点三.X射线荧光仪部件功能目前二十二页\总数九十三页\编于十二点

仪器组件的基本功能X光管样品光学系统探测器定标器计算机激发源荧光发射源光谱单色化光电转换计数电路操作控制

软件定性定量分析目前二十三页\总数九十三页\编于十二点1.激发源－X光管

X射线阴极灯丝阳极RhBe窗口阴极发射的电子在电场作用下飞向阳极,与阳极靶原子相遇突然停止运动，转移能量,发射X射线光子；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。由阳极、阴极、Be窗口、真空室、陶瓷绝缘、HT插座、灯丝联结、冷却水管、管壳组成。目前二十四页\总数九十三页\编于十二点X光管原理图电流电子灯丝阳极Be窗口X射线光子目前二十五页\总数九十三页\编于十二点

Axios仪器的荧光激发源

X射线管目前二十六页\总数九十三页\编于十二点最佳激发电压的选择

1.

最佳激发电压应高于元素临界激发电位的4～10倍；2.激发轻元素时，选择低电压,高电流;3.激发重元素时,选择高电压,低电流;目前二十七页\总数九十三页\编于十二点

最佳工作电压的选择KV/KeV轻元素选择低电压,高电流;重元素选择高电压,低电流目前二十八页\总数九十三页\编于十二点最佳工作电压

kV KlinesLlines60 Fe-BaSm-U50 Cr-Mn Pr-Nd40 Ti-V Cs-Ce30 Ca-Sc Sb-I24 Be-K Ca-Sn目前二十九页\总数九十三页\编于十二点最佳工作电流工作电流和强度的2次方成正比，管流管压之积小于额定功率的前提下，可选择工作电流尽可能的高目前三十页\总数九十三页\编于十二点

2.荧光发射源(样品)21tdt原级辐射IX光管探测器荧光辐射Ii由于原级辐射激发和共存元素互致激发样品发射的荧光由一次、二次、三次荧光组成。目前三十一页\总数九十三页\编于十二点3.光学(分光)系统光学系统由样品、前级准直器、分光晶体和探测器准直器组成；目前三十二页\总数九十三页\编于十二点晶体分光原理BraggsLaw:n=2dsin布喇格定律样品发射的具有不同波长的特征X射线通过晶体的衍射，散布在空间不同的方位上，并由探测器跟踪测量——称为波长散射。目前三十三页\总数九十三页\编于十二点晶体分光原理与布拉格定律布拉格定律入射波长目前三十四页\总数九十三页\编于十二点准直器系统前级准直器的作用在于：控制入射光束的强度及分辨性能探测器准直器的作用在于降低杂散背景，提高灵敏度3.通常具有两种准直器系统：平面晶体/准直器色散系统－非聚焦系统，用于顺序式仪器柱面弯曲晶体/狭缝色散系统－聚集系统，用于同时式仪器4.准直器由若干金属薄片（Mo)及隔垫叠积而成，金属片间隔越密，分辨率越高，强度越低；金属片间距越大，强度越高，分辨率越差。目前三十五页\总数九十三页\编于十二点两种准直器装置对数螺线弯晶光学系统平面晶体光学系统目前三十六页\总数九十三页\编于十二点准直器工作原理辐射源发散光平行光在平面晶体光学系统中，准直器将发散光会聚成一束平行光，片间距越小，光束的准直度越高，分辨率越好，但强度越低。目前三十七页\总数九十三页\编于十二点AXioS仪器的准直器系统粗高强度低分辨率中分辨率及强度一般细高分辨低强度目前三十八页\总数九十三页\编于十二点准直器/狭缝应用范围准直器100/150mm300mm700mmL-spectraU-PbU-RuMo-FeK-spectraTe-AsTe-KCl-O准直器150mm550mm4000mmL-spectraU-RuMo-Fe-K-spectraTe-KCl-FO-Be目前三十九页\总数九十三页\编于十二点

滤光片的用途1.消除光管靶材的特征线干扰；2.微量分析时可提高峰/背比，获得较低的LLd；3.减弱初级光束强度；4.抑制管光谱中的有害杂质光谱。滤光片位于X光管Be窗于样品之间；共有5块不同材质的薄片构成，由一马达驱动；目前四十页\总数九十三页\编于十二点消去X光管靶线和降低散射背景例目前四十一页\总数九十三页\编于十二点光学编码定位测角仪(DOPS)定位精度:0.0001o-2定位精度:2400o/分钟驱动方式:-2独立转动准确度:0.0025o-2优点：速度快、精度高、无机械误差。提高扫描速度和角度定位精度目前四十二页\总数九十三页\编于十二点DOPS定位原理编码光盘与轴直接固定22条光栅刻线的像投影到光敏二极管上,产生一个信号;形成方波输出22条线平均，取样频率:1.5kHZ激光定位光学驱动测角仪（DOPS）由一光敏探头（光电二极管组）、一个光发射二极管光源、光源透镜和石英振荡器控制电路组成。编码光盘共720条刻痕，每两条表示0.5o,为避免痕距偏差，以一组22条刻痕的像经透镜投射道光电二极管，收集频率为1.5kHZ的余弦波信号。监控频率为7.5MHz,每5000个时钟脉冲控制0.5o。目前四十三页\总数九十三页\编于十二点4.探测器工作原理以光电效应为基础，把X射线光子转换成可测量的电压脉冲.以达到检测X射线光子的目的.探测器不仅能将光子转变成可以测量的脉冲，而且具有区分光子能

量大小的正比特性；2.

常用的探测器有:闪烁计数器、封闭型正比计数器和流气式正比计数器。目前四十四页\总数九十三页\编于十二点正比计数器的工作原理入射窗口阳极丝50μm放大器出射窗口将不可测量的光信号转变成可测的脉冲信号目前四十五页\总数九十三页\编于十二点+ArAr+Ar+e-e-e-e-e-e-e-e-e-Ar+Ar+Ar+Ar+Ar+Ar+e-Ar+Ar气原子电离电位:3evAr气放电原理光电效应：一个入射光子使若干Ar原子产生常规电离，形成正负离子对，电子在电场作用下,获得能量使更多原子电离，产生大约106个电子形成一次雪崩放电,然后在CH4的淬灭作用下停止放电，从而形成一个电压脉冲。EX目前四十六页\总数九十三页\编于十二点探测器能量正比特性一个入射光子进入探测器时形成的最大正负离子对的数量取决于一个放大因子，这个因子称为放大倍数，可根据以下公式计算：

式中：n最大正负离子对的数量；Ephot为入射光子能量；Eion为Ar原子的电离能量；gasgain是气体的放大倍数，与探测器高压有关。入射光子能量越高形成的正负离子对数量越大，输出脉冲的幅度就越大。这就是探测器的正比特性。目前四十七页\总数九十三页\编于十二点闪烁计数器应用范围

重元素和短波辐射计数器，其适用范围为:0.04-0.15nm(8-30keV)光阴极Be窗闪烁晶体倍增极阳极放大器目前四十八页\总数九十三页\编于十二点

各种探测器的应用范围1.流气正比计数器:适用于轻元素和长波辐射

0.08-12nm(0.1-15keV)；2.封闭正比计数器:中间元素和中波长辐射0.10-6nm

(9.0-11keV)；3.闪烁计数器:重元素和短波辐射0.04-0.15nm(8.0–30kev);目前四十九页\总数九十三页\编于十二点探测器的脉冲高度分布目前五十页\总数九十三页\编于十二点脉冲高度分析器的主要作用是记录每个能量高度间隔内产生多少个脉冲？该脉冲的数目与谱线强度有关。检测器和脉冲高度分析器区别不同能量谱线光子的能力称为能量分辨率。脉冲高度分析器的作用目前五十一页\总数九十三页\编于十二点5.脉冲高度分析器上限甄别器下限甄别器反符合电路输入输出脉冲高度选择器由上限甄别器、下限甄别器、反符合电路等部分组成。假设有三类脉冲进入脉冲高度分析器：V1、V2、V3；V1<V2<V3V3V1V2V2输出目前五十二页\总数九十三页\编于十二点脉冲高度选择原理

当脉冲输入时，下限、上限甄别器都触发，反符合电路无输出,则输出端无输出；当上下限甄别器均不触发，反符合电路无输出，则输出端无输出；当下限甄别器触发，上限甄别器不触发，反符合电路有输出，则输出端有输出。使幅度高于下限而低于上限的脉冲通过脉冲高度选择器目前五十三页\总数九十三页\编于十二点

脉冲高度选择器的作用

1.只让落在上电平甄别与下电平甄别间的脉冲通过计数电路

2.排除不必要的脉冲如：低电压噪音;晶体谐波即高次反射线脉

冲；重元素高次线对轻元素一级线的干扰;晶体荧光及逃逸峰；

3.扣除连续谱，降低背景强度，提高灵敏度。目前五十四页\总数九十三页\编于十二点

脉冲高度分布曲线平均脉冲高度半高宽LLUL计数率(Kcps)脉冲幅度(V)(FWHM)

一种单一能量的光子脉冲，其计数率随幅度变化呈现一种统计分布，称为脉冲高度分布曲线.是一种正态分布，简称PHD或PHA。目前五十五页\总数九十三页\编于十二点

实际的脉冲高度分布(封Xe)目前五十六页\总数九十三页\编于十二点

气体正比计数器的逃逸峰:-e–e–e–e–e-e+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

(1)Ar原子外层电离，由光电子引起

(2)Ar原子内层光电离，由ArK光子引起

-e–e–e–e–e-e+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar目前五十七页\总数九十三页\编于十二点在入射光子的作用下，检测器中的原子Ar，也会发射它们的特征谱线，由此入射X射线光子会损失的一部分能量与探测气体Ar原子K系谱线的能量相等，Ar原子的K系激发能大约3keV。检测器不仅记录入射光子引起的脉冲数目，还记录该低能光谱光子产生的脉冲数，在能谱图上表现为两个峰：主峰和逃逸峰。探测器的主峰与逃逸峰目前五十八页\总数九十三页\编于十二点逃逸峰现象实例V的逃逸峰V的主峰(光子峰)22Ti~27Co各元素出现逃逸峰目前五十九页\总数九十三页\编于十二点

逃逸峰的计算例CrKα的逃逸峰：

分析线

：CrKaArKa光子能量

：5.41keV；2.96keV逃逸峰的能量:

E

=CrKa-ArKa=5.41-2.96=2.45Kev光子峰逃逸峰目前六十页\总数九十三页\编于十二点堆积峰的形成堆积峰是由于两个光子同时进入了探测器形成的，这两个光子各自产生一群电子并被检测，所以检测的能量相当于两个初始能量之和

目前六十一页\总数九十三页\编于十二点

双多道脉冲分析计数电路(DMCA)

作用是提高计数速度，以实现快速定性扫描

扩大计数的线性范围，提高灵敏度。最高计数率为:

3500kcps目前六十二页\总数九十三页\编于十二点

6.计算机控制系统

作用：1.控制仪器操作2.各种参数的智能化选择；3.数据处理：

目前六十三页\总数九十三页\编于十二点数据传输目前六十四页\总数九十三页\编于十二点通讯与数据传输(机内)WordExcelPowerPointAccess通过打印机设置，将光谱分析结果转移到微软中作各种处理(机内)目前六十五页\总数九十三页\编于十二点通讯与数据传输(远程)目前六十六页\总数九十三页\编于十二点光谱仪的维护目前六十七页\总数九十三页\编于十二点安全操作

1．开机 a.开空压机。设定压力为4.5bar左右。 b.开P10气体。设定输出压力为0.75bar。 c.开水冷机。 d.

开主机电源。开计算机电源。运行SuperQ,进入Systemsetup,

检查P10流量(1L/h左右），真空度（小于100Pa）。 e.

开X－光管高压。2.关机 a.高压降为20kv/10mA。 b.关高压电源。

c.关主机电源。 d.关水冷机电源。目前六十八页\总数九十三页\编于十二点更换P10气体

更换P10气体 1.高压降为20kv/10mA。 2.关高压电源。 3.设定介质为空气。 4.关闭气瓶主开关。取下减压阀。更换气瓶。 5.快速打开气瓶主开关，冲洗瓶口。装上减压阀，检查压力为0.75bar. 6.在仪器中检查气体流量为1.0L/h)左右。变换介质为真空。7.开高压。8.检查PHD.目前六十九页\总数九十三页\编于十二点X－光管老化1.停机超过24小时以上，再开机时X光管需老化。2.停机在24至48小时之间，用快速老化。3.停机超48小时以上，用常规老化。在SuperQ软件中操作。目前七十页\总数九十三页\编于十二点日常维护1.清洁试样盖。用清洁剂清洁仪器外壳（不能用酒精）2.检查冷却水水位及流量，检查是否漏水，检查P10气压力及流量，空压机压力，真空度。定期更换水过滤器。定期检查真空泵油面（3个月）。真空泵每6个月排一次水。每年更换一次真空泵油。4.更换P10气时，必须检查PHD。5.根据分析样品情况，定期清洁分光室。二个月放一次空压机的水6.每天记录仪器参数。例：真空度，P10气流量等目前七十一页\总数九十三页\编于十二点用TCM软件检查仪器参数目前七十二页\总数九十三页\编于十二点仪器参数保存及上传1.光标选择Pup/downloadParameterbank,然后回车。

UP/DOWNLOADPARAMETERBANK

12-Dec-200312:50:02

Name:DY765 IncludeFilenameFileexists InstrumentConfiguration:YesDY765.ICFYes InstrumentParameters:YesDY765.IPYes

InstrumentCalibrationData:YesDY765.CALYes

Esc=MenuF1=ParameterbanktodiskF2=ParameterbanktoinstrumentF9=General

2.

参数的保存：首先输入文件名，Dyxxx,检查文件是否存在，如不存在

按F1键，参数文件将被保存。3.

参数文件的上传：输入文件名，Dyxxx,检查文件是否存在，如存在按F2键，文件将被传到仪器。目前七十三页\总数九十三页\编于十二点仪器参数下载目前七十四页\总数九十三页\编于十二点检查显示仪器动态参数

ANALOGSENSORINPUTSADCNameValueADCNameValue

1CABTMP:29.92C仪器内部温度13+12VSB:11.99V2TMPPWR:1.17V14+12V:11.91V3ARFLOW:1.11l/hP10气流量15+24V:23.74V4ARPRES:769hPaP10气压力16+24Va:23.79V5GASOFS:7.15V17WTRCND:13鍿/m电导率6GASABS:321hPa18WTRTMP:20.50C内循环水温度7GASPRS:381hPa19WTRFLW:3.87l/min内循环水流量

8VACANA:2.04Pa真空度20PRWTMP:17.66C外冷却水温度9SPNANA:4.89V21CATFLW:3.25l/min外冷却水流量10+5V:4.90V电压22HTVOLT:20.01kV电压11-5V:-5.13V23HTCUR:9.91mA电流12-12V:-11.96V24HTFRQ:3.24kHz频率在TCM中光标选择A“Anlogsensorinputs”,回车。目前七十五页\总数九十三页\编于十二点仪器参数模拟量（A/D）显示目前七十六页\总数九十三页\编于十二点检查PHDCrystalElline2DetectorsampleLiF200CuK40.45FLCuGePK140.93FLC3PETAlK144.86FLC3PX1CuL计算FLCuLiF220CuK58.53FLCu目前七十七页\总数九十三页\编于十二点检查PHD目前七十八页\总数九十三页\编于十二点检查PHD步骤1.PSC设定为No2.根据要求设定不同的晶体,角度,探测器,并Load样品（C3或Cu）。3.调节KV,mA,Collimator,Mask等，使Current(kcps):20kcps4.按F1键，开始测量，观察Toppoisition,是否为502。如不是，调节DetectorHV，使其为502。

目前七十九页\总数九十三页\编于十二点检查PHD设置1.设定(Collimator)准直器。Xtal(晶体)角度(Angle)。探测器(Detector);探测器高压HV;峰值位置(Topposition);KvmA。晶体(Xtal)：1LiF200,2GE(111),3PET(002),4PX1,8LiF220.准直器(Collimator):1300,2150,3700.探测器(Detector):1:FL(流气探测器)3：Sc（闪烁探测器）。3.装样及卸样品：先按F9（Genaral）键，然后按F1键,装样或卸样（load/unload）。目前八十页\总数九十三页\编于十二点试样装载测试

F1－开盖或关盖，F2－试样室抽真空或放空气，F3－试样推杆上或下，F4－试样转盘F5－自旋，F9－通常。进样时，按F1，F2，F3，F4的顺序。取样时，按F4，F3，F2，F1的