大型珠寶鑒定儀器：x射線熒光光譜儀解析

1、大型珠寶鑒定儀器：x射線熒光光譜儀1 方法原理x射線熒光光譜是通過(guò)x射線管發(fā)出的初級(jí)x射線激發(fā)樣品中的原子，產(chǎn) 生的熒光x射線通過(guò)探測(cè)器的測(cè)量，記錄其波長(zhǎng)和強(qiáng)度，進(jìn)行元素的定性、定 量分析。x射線（入0.001-10nm）是一種波長(zhǎng)很短的電磁波，介于紫外線和 r射線 之間。在高真空的x射線管內(nèi)，當(dāng)由幾萬(wàn)伏高電壓加速的一束高速運(yùn)動(dòng)的電子流 投射到陽(yáng)極金屬靶（如鎢靶、銅靶等）上時(shí)，電子的動(dòng)能部分轉(zhuǎn)變成x光輻射能，并以x射線形式輻射出來(lái)。從金屬靶射出的 x射線主要由兩類波長(zhǎng)、強(qiáng)度 不等的x射線組成，即連續(xù)x射線譜及特征x射線譜。連續(xù)x射線譜指在x射 線波長(zhǎng)范圍內(nèi)，由其短波限開始并包括各種 x射線波長(zhǎng)

2、所組成的光譜。特征x 射線譜則指當(dāng)加于x光管的高電壓增至一定的臨界數(shù)值時(shí)，使高速運(yùn)動(dòng)的電子 動(dòng)能足以激發(fā)靶原子的內(nèi)層電子時(shí)，便產(chǎn)生幾條具一定波長(zhǎng)且強(qiáng)度很大的譜 線，并疊加在連續(xù)x射線譜上，由特征x射線組成的光譜稱為特征x射線譜。特征x射線譜源自原子內(nèi)層的躍遷。當(dāng)高速運(yùn)動(dòng)的電子激發(fā)原子內(nèi)層電 子，而導(dǎo)致x射線的產(chǎn)生，這種x射線稱為“初級(jí)x射線”。若以初級(jí)x射線 為激發(fā)手段，用以照射寶石樣品，會(huì)造成寶石的原子內(nèi)的電子發(fā)生電離，使內(nèi) 層軌道的電子脫離原子，形成一個(gè)電子空位，原子處于“激發(fā)態(tài)”，這樣外層 電子就會(huì)自動(dòng)向內(nèi)層躍遷，填補(bǔ)內(nèi)層電子空位，進(jìn)而發(fā)射出一定能量的x射線。由于它的波長(zhǎng)和能量與原來(lái)照射

3、的 x射線不同，即發(fā)出“次級(jí)x射線”。 人們將這種由于x射線照射寶石而產(chǎn)生的次級(jí)x射線稱為x射線熒光。通常x 射線熒光只包含特征x射線譜，而缺乏連續(xù)x射線譜。只要測(cè)出熒光X射線的波長(zhǎng)，就可以知道元素的種類，這就是熒光 X射線 定性分析的基礎(chǔ)。此外，熒光 X射線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有關(guān)，據(jù)此，可 以進(jìn)行元素定量分析。X光熒光（XRF光譜產(chǎn)生的原因是：熒光的產(chǎn)生是由于初始 x射線光子能 量足夠大，以致可以在樣品中產(chǎn)生電子一空穴，導(dǎo)致二次輻射（熒光）的產(chǎn) 生。2.儀器X射線熒光光譜分析儀：波長(zhǎng)色散光譜儀、能量色散光譜儀（1）波長(zhǎng)色散光譜儀波長(zhǎng)色散光譜儀是通過(guò)分光晶體對(duì)不同波長(zhǎng)的 X射線熒光進(jìn)行衍射

4、而達(dá)到 分光的目的，然后用探測(cè)器探測(cè)不同波長(zhǎng)處的 X射線熒光強(qiáng)度，這項(xiàng)技術(shù)稱為 波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀，其主要由X射線發(fā)生器、分光系統(tǒng)（晶體分光 器）、準(zhǔn)直器、檢測(cè)器、多遞脈沖分析器及計(jì)算機(jī)組成。（2）能量色散光譜儀又稱能量色散 X射線熒光光譜儀。它是利用熒光 X射 線具有不同能量的特點(diǎn)，將其分開并檢測(cè)，不必使用分光晶體，而是依靠半導(dǎo)體探測(cè)器來(lái)完成。這種半導(dǎo)體探測(cè)器有鋰漂移硅探測(cè)器、鋰漂移鍺探測(cè)器、高 能鍺探測(cè)器等。X光子射到探測(cè)器后形成一定數(shù)量的電子一空穴時(shí)，電子一空 穴對(duì)在電場(chǎng)作用下形成電脈沖，脈沖幅度與 X光子的能量成正比。在一段時(shí)間 內(nèi)，來(lái)自寶石的熒光X射線依次被半導(dǎo)體探測(cè)器檢測(cè)，得

5、到一系列幅度與光子 能量成正比的脈沖，經(jīng)放大器放大后送到多道脈沖分析器（通常要1000道以上）。按脈沖幅度的大小分別統(tǒng)計(jì)脈沖數(shù)，脈沖輻度可以用X光子的能量標(biāo)度，從而得到計(jì)數(shù)率隨光子能量變化的分布曲線，即X光能譜圖。能譜圖經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行校正，然后顯示出來(lái)，其形狀與波譜類似，只是橫座標(biāo)是光子的能 量。能量色散的最大優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)測(cè)定樣品中幾乎所有的元素。因此，分析 速度快。另一方面，由于能譜儀對(duì) X射線的總檢測(cè)率比波譜高，因此可以使用 小功率X光管激發(fā)熒光X射線。另外，能譜儀沒有光譜儀那么復(fù)雜的機(jī)械機(jī) 構(gòu)，因而工作穩(wěn)定，儀器體積也小。缺點(diǎn)是能量分辨率差，探測(cè)器必須在低溫 下保存，對(duì)輕元素檢測(cè)困難。主

6、要由X射線發(fā)生器、檢測(cè)器、放大器、多道脈沖分析器和計(jì)算機(jī)組成。 波長(zhǎng)色散光譜儀使用分光晶體，各元素的譜線進(jìn)入探測(cè)器之前已被分光， 探測(cè)器每次只能接受某一波長(zhǎng)的譜線；而能量色散光譜儀使用的探測(cè)器和多道 脈沖分析器，直接測(cè)量不同能量的元素的特征 X譜線的能量。3 測(cè)量方法是快速、無(wú)損、高精度和適用性強(qiáng)的一種檢測(cè)方法。針對(duì)性：11號(hào)一92號(hào)元素（Na-U）分析濃度：100% 10-6級(jí)精度：千分之幾4 應(yīng)用（1）貴金屬首飾成色檢測(cè)如使用241Am放射性同位素源，適合于激發(fā)能量較高的 Au （L系）、Ag （K 系）、Pt （L系）、Pd（ K系）熒光，可用于貴金屬成色分析。（儀器有標(biāo)準(zhǔn)樣 品進(jìn)行校正）（2）測(cè)定寶玉石中主元素，鑒別外觀相似的寶玉石（3）測(cè)定寶玉石中微量元素，鑒別寶石礦物的亞種如紅寶石波譜圖上出現(xiàn)鉻和鋁峰；藍(lán)寶石波譜圖上出現(xiàn)鋁、鐵和鈦峰。（4）寶石產(chǎn)地、產(chǎn)狀的識(shí)別如泰國(guó)紅寶石有高鐵含量，緬甸抹谷紅寶石具有高傢含量。海水養(yǎng)殖