第六章X射線熒光光譜分析學習重點

1、X X射線熒光光譜分析學習要點、簡答射線熒光光譜分析學習要點、簡答X-射線熒光光譜分析的原理。 當樣品中元素的原子受到高能X射線照射時,即發(fā)射出具有一定特征的X射線譜, 特征譜線的波長只與元素的原子序數(shù)(Z)有關(guān)；譜線的強度和元素含量的多少有關(guān), 所以測定譜線的波長, 就可知道試樣中包含什么元素, 測定譜線的強度, 就可知道該元素的含量。 這其中主要涉及到X射線與物質(zhì)的相互作用，既X射線、吸收和散射三種現(xiàn)象。 XRF分析物質(zhì)成分的特點有那些？ 1.分析速度快，自動化程度高。 2.XRF分析是一種物理分析方法； 特別適合過程分析、野外現(xiàn)場、對比和非破壞性分析。 3.分析濃度范圍廣、測量的線性好、

2、精度高；與測定元素的價態(tài)無關(guān)。 4.XRF分析比其他發(fā)射光譜簡單，易于解析；尤其是對未知樣品的定性分析。 5.制樣簡單；試樣形式多樣化。 6.具有在原樣上微區(qū)條件下進行定性、定量分析。 7.對于原子序數(shù)較低的元素，因其熒光產(chǎn)額低及較強的散射影響，所以檢出限不是很理想；對于超輕元素(H、Li 、Be)目前還不能直接進行分析。 X射線連續(xù)光譜是如何產(chǎn)生的?連續(xù)光譜為什么有短波限?短波限如何計算?它與X光管的電壓、電流以及靶材有無關(guān)系? 連續(xù)光譜是由高能的帶電粒子撞擊金屬靶面時，受到靶原子核的庫侖力作用，突然改變速度而產(chǎn)生的電磁輻射。由于在撞擊時，有的帶電粒子在一次碰撞中損失全部能量，有的帶電粒子同

3、靶發(fā)生多次碰撞逐步損失其能量，直到完全喪失為止，從而產(chǎn)生波長具有連續(xù)分布的電磁波。因此，它也稱韌致輻射、白色X射線或多色X射線。 如果帶電粒子與靶一次碰撞后全部損失能量，產(chǎn)生的X射線光子的能量最大，波長最短，這就是連續(xù)光譜中的短波限短波限（0 0）。）。所以連續(xù)光譜有短波限。如帶電粒子的能量為eV，短波限的波長為： 0 0=1.24=1.24V (nm)V (nm)，(V(V的單位是千伏特的單位是千伏特) )。 短波限與X光管的電壓有關(guān)，與X光管的電流和靶材無關(guān)。 當增加電流i時，短波限0和最大強度處的波長max不變，但最大強度增大。當加速電壓V增加時，最大強度處的波長向短波方向移動，最大強度

4、也增大。 在加速電壓和電流不變的情況下，用大Z的靶材時，短波限和最大強度處的波長不變，最大強度增大。 X射線熒光光譜是連續(xù)譜還是特征譜?如何產(chǎn)生?為什么能用它來進行元素的定性和定量分析？ X射線熒光光譜是特征譜。它是當原子內(nèi)電子層出現(xiàn)電子空位，外層電子躍遷填充時所發(fā)射出來的X射線，故又稱二次X射線 由于各元素原子的能級差是不一樣的，而同種元素原子的能級差是一樣的，對于同一元素的原子發(fā)射出來的X射線的波長或能量是固定的；因此當樣品中元素的原子受到高能X射線照射時,即發(fā)射出具有一定特征的X射線譜, 特征譜線的波長只與元素的原子序數(shù)(Z)有關(guān)；譜線的強度和元素含量的多少有關(guān), 所以測定特征譜線的波長

5、, 就可知道試樣中包含什么元素, 測定特征譜線的強度, 就可知道該元素的含量。 莫塞萊定律及其意義： 特征X射線的波長(或能量)與原子序數(shù)（Z）有關(guān)，并且隨著元素的原子序數(shù)的增加，特征X射線有規(guī)律地向波長變短方向移動，即元素的X射線特征波長倒數(shù)的平方根與原子序數(shù)成正比，用公式表示為 -1/2=a(Z-b) (a，b為常數(shù)，不同的譜系用不同的值)。 莫塞萊定律的意義在于揭示了特征X射線波長與元素的原子序數(shù)的確定關(guān)系，它奠定了X射線光譜定性分析的基礎(chǔ)。布拉格衍射公式及應(yīng)用： 2dsin=n 布拉格衍射公式的應(yīng)用在X射線衍射分析中，已知：，測量：，求：2d，用于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析；在X射線熒光分析中，已

6、知：2d，測量：，求：，用于物質(zhì)的成分分析。熒光產(chǎn)額：原于內(nèi)電子層q出現(xiàn)一個電子空位后，產(chǎn)生相應(yīng)的q系X射線熒光的幾率，叫做熒光產(chǎn)額。Wq=Nq/N，(N為q層電子空位數(shù)，Nq為產(chǎn)生q系譜線的光子數(shù)。就是單位時間內(nèi)發(fā)出的所有K系譜線的光子數(shù)NK與同時間內(nèi)產(chǎn)生的K層電子空位數(shù)N之比。)。吸收限：在曲線上顯示出一些突然不連續(xù)處，這些突然的不連續(xù)處稱為吸收限。吸收突變：在曲線上不連續(xù)處，較大的吸收系數(shù)與較小的吸收系數(shù)之比，稱為吸收突變r。 LIIILIILILIIILIILIkkr質(zhì)量吸收系數(shù)：式 中的比例系數(shù)稱為密度為材料對波長為X射線的質(zhì)量吸收系數(shù)。式中I0、I為材料吸收前、后的波長為的X射線強

7、度，t為材料的厚度。質(zhì)量吸收系數(shù)是化學元素的一種原子屬性，是原子對X射線的不透過程度或“阻擋本領(lǐng)”的量度。它是X射線波長與原子序數(shù)的函數(shù)，當入射X射線的波長增大時也增大，當原子序數(shù)Z增大時也增大。吸收突變系數(shù)：在某一特定波長處的某一具體能級相關(guān)的吸收份數(shù)與總吸收之比稱為吸收突變系數(shù)J。 K系： kkkkr1rJ通式:q系 qqqqr1rJt0eII基體和基體效應(yīng)： 樣品中除了被測元素外的其他成分，稱為基體?；w對分析元素的影響稱為基體效應(yīng)。 有兩類基體效應(yīng)：一類為樣品的化學組成引起的效應(yīng)，即吸收增強效應(yīng)；當原級X射線照射樣品，在元素A原子發(fā)射出特征X射線的同時，A元素特征X射線中的一部分也可能

8、被基體(如B、C、D等)和A元素自身吸收，這樣A元素發(fā)射出來的特征X射線強度要比原來的強度小，這種現(xiàn)象就叫做吸收效應(yīng)然而，分析中的A元素不僅受到原級X射線激發(fā)，而且還可能受到基體中其它元素如B、C的特征X射線激發(fā)，這樣元素A的特征X射線強度將不規(guī)則地增加，這叫增強效應(yīng)。一類為樣品的物理特性引起的效應(yīng)，如表面光滑度、顆粒度、材料的不均勻性等。怎樣校正基體效應(yīng)的影響： 實驗校正法標準曲線法， 數(shù)學校正法FP法 及制樣。 （略） X射線熒光光譜儀上的X光管、分光晶體分別具有哪些特征。 X光管：1)輸出功率高；2)輸出強度恒定；3)操作溫度低；4)靶材純度高；5)壽命長。 分光晶體：1)2d，衍射強度

9、大；2)分辨率高；3)信噪比大：4)穩(wěn)定性好。背景的定義和它的主要組成部分。 當分析線不存在時，在分析線2角位置上測到的X射線強度定義為此分析線處的背景。 背景的成分很復雜，主要來源于；1)由樣品散射的X光管發(fā)出的連續(xù)譜和特征譜；2)由晶體散射的樣品的輻射線；3)晶體受X射線照射后發(fā)出的二次X射線。 當峰背比小于10時，背景影響較大，需要準確扣除。 背景的正確扣除可以有效地降低檢測下限。 已知Cu的K系吸收限為1.38，求它的臨界激發(fā)電壓?解： 求LiF(200)晶體(2d=4.0276)對CuK(1.542)的角色散?如B=O.078=0.0014rad時，能否分開CuK雙線(CuK1=1.

10、5414，CuK2=1.5406)?解：角色散：8.986kVV108.986101.381.24101.24V344KK 0.27(1.542)4(4.0276)14d1dd22222dsin 2dsin 22)2d(1sin1cos0.0052)4.02761.542(10.00144.0276)2d(12dB2dBcos221.5414-1.5406=0.0008 CuKuCuKukk 所以分不開。 X光管的管電壓為40kV，能否激發(fā)出樣品中的WK、BaK、SnK線? 己知W、Ba、Sn的K系吸收限分別為：0.141、0.331、0.425。 解：方法1： 0.311010401.2410V1.244340 0.141 0； 0.425 0 能激發(fā)樣品中的BaK、SnK線；不能激發(fā)樣品中的WK線。方法2： 故不能激發(fā)樣品中的WK線。 40kV87.94kV100.1411.24101.24V44aWkW40kV29.18kV100.4251.24101.24V40kV37.46kV100.3311.24101.24V44aSnkSn44aBakBa 故能激發(fā)樣品中的BaK、SnK線。 ： 雖然X射線熒光光