X熒光光譜儀的原理

1、X 炎光光譜儀講座1、簡述X熒光光譜儀的原理和結(jié)構(gòu)?2、P10氣的作用是什麼？X 熒光光譜儀原理和結(jié)構(gòu): 一、簡介X射線熒光（XRF）能用于測定周期表中多達83個元素所組成的各種形 式和性質(zhì)的導(dǎo)體或非導(dǎo)體固體材料，其中典型的樣品有玻璃、塑料、金屬、 礦石、耐火材料、水泥和地質(zhì)物料等。凡是能和X射線發(fā)生激烈作用的樣品 都不能分析，而要分析的樣品必須經(jīng)受在真空（45Pa）環(huán)境下測定，與其 他分析技術(shù)相比，XRF具有分析速度快，穩(wěn)定性和精密度好以及動態(tài)范圍寬 等優(yōu)點。掃描式X射線熒光儀安裝的是具有很大測定靈活性的測角儀，只要配備 了必要的分析晶體就能按序分析周期表上多達83個元素。此外，測角儀還可以

2、使用半定量分析元件如Quant AS,這些軟件能快速 分析未知樣品，而不需要使用標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)做儀器校準(zhǔn)。而我公司 ARL9800XP熒光光譜儀裝有一個測角儀（掃描道）和一個衍射道，如果需 要還可以再裝14個固定道，它配有12位樣品交換器，可以設(shè)定自動進樣。二、X熒光光譜儀的工作原理及構(gòu)造： X-熒光光譜儀有兩種類型：一種是波長色散型(WDX), 一種是能量色散型(EDX),我公司使用的是波長色散型，在 WDX中，熒光光譜通過色散元件(如晶體)被分離成不連續(xù)的 波段，然后用氣體正比計數(shù)器或閃爍計數(shù)器檢測，其主要組成 是X光管、初級準(zhǔn)直器、晶體、次級準(zhǔn)直器和探測器，及輔助 裝置如初級濾光片等。在分

3、析樣品的情況下，當(dāng)來自X光管的初級X射線和試樣作用后產(chǎn)生以下三種現(xiàn)象：(1) X射線中的光電子被試樣中的原 子吸收后，產(chǎn)生X熒光和俄歇效應(yīng)。(2) X射線被試樣中的原 子碰撞后產(chǎn)生相T散射和非相T散射。(3) X射線未被試樣原 子吸收也未被試樣中的原子碰撞，而是穿透試樣繼續(xù)傳播，而 x射線熒光光譜儀測量的就是x熒光。1、X射線熒光光譜儀的基本原理:被測試樣進入光譜儀后，受到來自X光管發(fā)出的X射線光束 激發(fā)，產(chǎn)生X熒光，X射線熒光是指用X射線管或其它合適的輻 射源照射物質(zhì)時，使組成物質(zhì)的原子產(chǎn)生具有特征性的一種次 級X射線，X光管發(fā)射的光譜是有靶材元素（Rh錯）的特征譜 和連續(xù)譜（或稱白色輻射）

4、所組成，來自樣品的輻射是由X光 管光譜和樣品中各元素的特征譜所組成的混合光，這種混合光 被引入測角儀所組成的色散系統(tǒng)分光，分光后所得的譜線和被 測樣品中存在的兀素有關(guān)。2、其結(jié)構(gòu)X光管X射線.樣品初級準(zhǔn)直器狂光晶體次級準(zhǔn)直器探測器色散系統(tǒng)初級X射線照射樣品后，樣品會發(fā)出由各組成元素生成的混雜 在一起的多色次級X射線，色散系統(tǒng)的任務(wù)就是要將某一待測 元素從上述混雜線中分離出來，送入探測器檢測。單道掃描型波長色散X熒光光譜儀是釆用平行光結(jié)構(gòu)，它的分 光元件（準(zhǔn)直器和平面晶體），以及探測器都安裝在測角儀裝 置上，試樣位置不變，測定時，晶體和探測器分別對來自試樣 的次級射線作。和28的相對運動，這時所

5、需檢測的譜線就被分離 出來，并被檢出。單道掃描型儀器在測定時是一個元素測完后再測一個元素的， 因此測定周期較長，但是它的測定范圍很廣，只要配置足夠的 晶體和探測器，幾乎可測定所有元素。a準(zhǔn)直器:準(zhǔn)直器分為入射和出射兩種，入射準(zhǔn)直器交換器上可放4個, 可程控選擇，我公司的熒光儀有3個：細準(zhǔn)直器(0.15 )，中 粗準(zhǔn)直器0.25，粗準(zhǔn)直器0.6 o輕元素由于熒光產(chǎn)額低選粗準(zhǔn) 直器，重元素譜線復(fù)雜選細準(zhǔn)直器,出射準(zhǔn)器僅一個裝在探測器 to準(zhǔn)直器又稱索拉狹縫(Soller Slit)是由平行的薄金屬片組成，它的 作用是使從樣品來的次級射線經(jīng)入射準(zhǔn)直器后成為平行光束射 入平行晶體，然后經(jīng)分光后再通過出

6、射準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后射入探測器 檢測.b、晶體:晶體交換器上可放9塊晶體，可程控選擇，我公司的熒光 儀有4塊,分別是AXO6、PET、Lif200、Lif220。晶體 是指內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的分子、原子和離子，都有規(guī)律地在 三維空間成周期性排列，而組成一定形式的晶格所組 成的一種物質(zhì)，在外形上，晶體表現(xiàn)為一定形狀的幾 何多面體，組成這種幾何多面體的平面稱晶面。晶體 都具有一定的對稱性，而且是一種均一的各向異性體。晶體衍射和穩(wěn)定性具有符合某些條件時晶面才反射X射線，這種選擇性反射稱為 衍射。布拉格定律指出：如果在晶面間距為d的晶格面上反射波長為九 的X射線，那么這個波與相鄰平面反射的波在路程上相差 2dsin

7、64的距離，當(dāng)這段距離的長度是波長的整數(shù)倍時，反射 的X射線被加強，否則它們互相抵消。布拉格（Bragg）公式n九=2dsin8根據(jù)這一公式就可以通過改變 衍射角將多波長X射線中某一特定的波長從其他波長中衍射出 來，達到分光的目的。晶體的穩(wěn)定性：由于溫度變化時,晶面會膨脹或收縮使2d值改變, 根據(jù)Bragg公式在B角不變時測到的波長發(fā)生變化,數(shù)據(jù)就發(fā)生波 動,PET晶體是對溫度最敏感的晶體，為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定提高測 量精度，必須在恒溫下進行。探測器:X熒光儀共有2個探測器，即流氣正比計數(shù)器和閃爍計數(shù)器，裝在探測器架上,可程控切換.流氣正比計數(shù)器:在工作時有一定量氣體流過，氣體流量和壓力受控保持

8、恒定的，它的入 射窗口是一層很薄的涂有鋁的聚丙烯膜，厚度在1微米左右，他犬多數(shù)用在 測角儀上。我公司9800XP熒光儀使用的窗膜是薄型PEA6,它的厚度是0.6微 米。他是在一個金屬圓柱型腔體內(nèi)沿其中心軸掛有一根金屬絲，其直徑約 為25-75微米，接高壓起陽極作用，金屬筒外殼接地做陰極，筒體內(nèi)充的 是惰性氣體，如氮氣，并混有淬滅氣體甲烷，我公司在測角儀中流氣正比 計數(shù)器使用的是P10氣，它的組成是90%Ar+10%CH4o X射線光了通過窗膜 射入計數(shù)器內(nèi)作用于惰性氣體，就使這些氣體原子接受能量后發(fā)生電離， 產(chǎn)生電子離子對A-A/+e-,對某一確定的氣體而言，如果所有入射的光子都 產(chǎn)生電子離子

9、對，則電子離子對的數(shù)目與光子的能量成正比，這時的離子 對只是初級電離，還達不到被有效檢測的程度，還需要氣體放大或雪崩。當(dāng)探測器加以高壓在電場的作用下，電子走向陽極絲，而離子走向筒體負 極，當(dāng)加速電子與其他氣體原子碰撞產(chǎn)生二次電離，使帶電粒子數(shù)有了相 當(dāng)大的增加，當(dāng)電子到達離陽極絲只有幾個直徑的距離時（約100200微 米），倍增級數(shù)加大即A原子進一步離子化。在正比計數(shù)區(qū)，每個初級電子只產(chǎn)生一次雪崩效應(yīng)，這個經(jīng)放大后的電荷數(shù)仍正比于初級電子 數(shù)，也即正比于入射光子數(shù)，如果將產(chǎn)生的電子電荷計數(shù)就測得了 入射光子的數(shù)目（強度）。在惰性氣體中加入淬滅氣體（甲烷氣）的目的是確保只發(fā)生一次 雪崩，在工作時

10、甲烷分子和惰性氣體一起電離，然后分布在整個探 測器空間，當(dāng)雪崩無法控制時，它起到復(fù)合作用，影響電子和離子 的重新結(jié)合，抑制雪崩的發(fā)展?？傊琗射線光子進入探測器后經(jīng)過初級電離和氣體放大，一個 光子能產(chǎn)生許多電子電離對，其中電子向陽極運動、離子向陰極運 動形成電流，最終在電脈沖發(fā)生電路上形成電脈沖，探測器輸出電 脈沖幅值與入射光子能量成正比，而電脈沖的強度與入射光子的數(shù) 目成正比。它有兩部分組成：即閃爍材料和光電倍增管。當(dāng)X射線射入閃爍材料時會發(fā)出可見光，當(dāng)閃爍晶體發(fā)出的可見光射入光電倍增管的光陰極上時，光陰極就發(fā)射光電子。光電倍增管是由一些稱作打拿極的陽極和光陰極組成，打拿極以連續(xù)增熱方式排列

11、，以相繼一級級地加速由光陰極發(fā)岀的光電子，根據(jù)打拿極的數(shù)量和光電倍增管使用的高壓，在內(nèi)部最后可放大到 105106數(shù)量級。:閃爍計數(shù)器也是正比計數(shù)器，它產(chǎn)生的脈沖幅值和入射光子能 量成正比，脈沖強度和光子數(shù)成正比。它用于波長較短的X射 線檢測。探測器的穩(wěn)定性：除了探測器高壓和氣體流量的不穩(wěn)定所引起 的測量信號波動外，探測器本身的穩(wěn)定性取決于陽極絲的清潔C 由于充氣的純度不夠或長期使用形成的小顆粒沉積在陽極絲的 表面，使陽極絲的有效-直徑改變，導(dǎo)致局部電場破壞，改變氣 體放大增益，使測定數(shù)據(jù)波動。、X射線衍射的分析：二、X射線衍射的分析(XRD)系統(tǒng)測量的是經(jīng)衍射后的來自X 光管發(fā)射的某一特定波長，這個特定波長的光是被待測樣品中存 在的晶體晶面所衍射，它是用來測定樣品中的化合物而完成樣品 分析. XRD原理:來自X射線管的原級X射線，經(jīng)一初級準(zhǔn)直器將X光形 成兒乎是平行光柱射入試樣并被衍射，從試樣射出的衍射光進一 步被一個二次準(zhǔn)直器準(zhǔn)直，射向一個適當(dāng)?shù)木w，經(jīng)衍射后進入 出射準(zhǔn)直器，再進入探測器就檢測出不同結(jié)構(gòu)的物相。衍射道的結(jié)構(gòu)X射線平行光X光管衍射光 級準(zhǔn)直器樣品衍射光二次準(zhǔn)直器晶體準(zhǔn)直器探測器 總之，X射線熒光分析（XRF）是用來測定樣品中的元素組 成，即完成元素分析；而X射線衍射分析（XRD）是用來測定樣 品中的化合物，即完成物相分