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西安丰登光电科技有限公司

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X射线荧光光谱仪的基本原理及应用

2017-05-17 16:22:48 西安丰登光电科技有限公司 阅读

X射线简介:

    X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和γ射线 之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。伦琴射线具有很高的穿透本领,能透过许多对可见光不透明的物质,如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光,使照相底片感光以及空气电离等效应。波长小于0.1埃的称超硬X射线,在0.1~1埃范围内的称硬X射线,1~100埃范围内的称软X射线。

X射线荧光光谱仪原理:

二次靶原理图

    受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线,并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。然后,仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。

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,改设备就是X射线荧光光谱仪。

X射线荧光光谱仪分类:

    X荧光光谱仪有两种基本类型:波长色散型(WD-XRF)和能量色散型(ED-XRF)。

    以X荧光的波粒二象性中波长特征为原理的称为波长色散型,以能量特征为原理的称为能量色散型。

波长色散原理图

波长色散X荧光光谱仪:是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开。

能量色散原理图

能量色散X荧光光谱仪:是利用荧光X射线具有不同的能量特点,将其分开并检测,不必使用分光晶体,而是依靠半导体探测器来完成。

X荧光光谱仪优缺点:

  优点:

    a) 分析速度快。测定用时与测定精密度有关,但一般都很短,10~300秒就可以测完样品中的全部待测元素。

    b) X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关,而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。(气体密封在容器内也可分析)但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围内,这种效应更为显著。波长变化用于化学位的测定 。

    c) 非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变,也不会出现试样飞散现象。同一试样可反复多次测量,结果重现性好。

    d) X射线荧光分析是一种物理分析方法,所以对在化学性质上属同一族的元素也能进行分析

    e) 分析精密度高。目前含量测定已经达到ppm级别。

    f) 制样简单,固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。

缺点:

    a) 定量分析需要标样。

    b)对轻元素的灵敏度要低一些。

    c)容易受相互元素干扰和叠加峰影响。

X射线荧光光谱仪应用范围:

   在各行业应用范围不断拓展,已成为一种广泛应用于冶金、地质、矿物,石油,生物,医疗,刑侦,有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域



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