X射線熒光光譜分析實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釾射線熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)和工作原理；掌握X射線熒光分析法用于物質(zhì)成分分析方法和步驟；用X熒光分析方法確定樣品中的主要成分。二、實(shí)驗(yàn)原理利用初級X射線光子或其他微觀離子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級X射線）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。按激發(fā)、色散和探測方法的不同，分為X射線光譜法（波長色散）和X射線能譜法（能量色散）。三、實(shí)驗(yàn)儀器X射線熒光分析儀序號儀器名稱儀器型號件數(shù)1Si（Li）探測器SLP-10-190P12高壓電源ORTEC5561355FeX射線源幾十微居14238PU激發(fā)源毫居級15能譜放大器CANBERRA202616微機(jī)組裝17多功能多

2、道卡ORTEC8K18測量架加工1套9分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品配置1套10二維步進(jìn)電機(jī)控制器SC-2B111超薄電控平移臺TAS30C1四、實(shí)驗(yàn)步驟（一）實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇1.陽極靶的選擇：選擇陽極靶的基本要求：盡可能避免靶材產(chǎn)生的特征X射線激發(fā)樣品的熒光輻射，以降低衍射花樣的背底，使圖樣清晰。不同靶材的使用范圍見表1-1。表1-1不同靶材的使用范圍靶的材料經(jīng)常使用的條件Cu除了黑色金屬試樣以外的一般無機(jī)物、有機(jī)物Co黑色金屬試樣（強(qiáng)度高，但背底也高，最好計(jì)數(shù)器和單色器聯(lián)用）Fe黑色金屬試樣（缺點(diǎn)是靶的允許負(fù)荷?。〤r黑色金屬試樣（用于應(yīng)力測定）Mo測定鋼鐵試樣或利用透射法測定吸收系數(shù)大的試樣W單晶的勞厄照相

3、必須根據(jù)試樣所含元素的種類來選擇最適宜的特征X射線波長（靶）。當(dāng)X射線的波長稍短于試樣成分元素的吸收限時，試樣強(qiáng)烈地吸收X射線，并激發(fā)產(chǎn)生成分元素的熒光X射線，背底增高。其結(jié)果是峰背比（信噪比）P/B低（P為峰強(qiáng)度，B為背底強(qiáng)度），衍射圖譜難以分清。X射線衍射所能測定的d值范圍，取決于所使用的特征X射線的波長。X射線衍射所需測定的d值范圍大都在1nm至O.lnm之間。為了使這一范圍內(nèi)的衍射峰易于分離而被檢測，需要選擇合適波長的特征X射線。詳見表1-2。一般測試使用銅靶，但因X射線的波長與試樣的吸收有關(guān)，可根據(jù)試樣物質(zhì)的種類分別選用Co、Fe,或Cr靶。此外還可選用鉬靶,這是由于鉬靶的特征X射線

4、波長較短，穿透能力強(qiáng)，如果希望在低角處得到高指數(shù)晶面衍射峰，或?yàn)榱藴p少吸收的影響等，均可選用鉬靶。表1-2不同靶材的特征X射線波長元糸原子序數(shù)波長（A）激發(fā)電壓（kv）K1K2K*KPCu291.540501.544341.54181.392178.68Co271.788901.792791.79021.620767.71Fe261.935971.939911.93731.756547.10Cr242.289712.293612.29102.084875.98Ni281.657831.661681.65911.392173.292.管電壓和管電流的選擇工作電壓設(shè)定為35倍的靶材臨界激發(fā)電壓。選

5、擇管電流時功率不能超過X射線管額定功率，較低的管電流可以延長X射線管的壽命。X射線管經(jīng)常使用的負(fù)荷（管壓和管流的乘積）選為最大允許負(fù)荷的80左右。但是，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓5倍以上時，強(qiáng)度的增加率將下降。所以，在相同負(fù)荷下產(chǎn)生X射線時，在管壓約為激發(fā)電壓5倍以內(nèi)時要優(yōu)先考慮管壓，在更高的管壓下其負(fù)荷可用管流來調(diào)節(jié)。靶元素的原子序數(shù)越大，激發(fā)電壓就越高。由于連續(xù)X射線的強(qiáng)度與管壓的平方呈正比，特征X射線與連續(xù)X射線的強(qiáng)度之比，隨著管壓的增加接近一個常數(shù)，當(dāng)管壓超過激發(fā)電壓的45倍時反而變小，所以，管壓過高，信噪比P/B將降低，這是不可取得的。具體數(shù)據(jù)見表1-3：衍射儀測試條件參數(shù)選擇。表1-3衍射

6、儀測試條件參數(shù)選擇未知式樣的簡單相分析鐵化合物的相分析有機(jī)高分子測定微量項(xiàng)分析定量點(diǎn)陣參數(shù)確定靶CuCr,Fe,CoCuCuCuCu,CoKB濾波片NiV,Mn,FeNiNiNiNi,Fe管壓(KV)354530403545354535453545管流(mA)304020403040304030403040掃描速度(2，42,41,21/2,11/4,1/21/81/2/min)發(fā)散狹縫DS111/2,111/2,1,21()接受狹縫0.30.30.15,0.30.3,0.60.15,0.3,0.60.15,0.3(mm)掃描范圍()90(70)212010602(5010)90(70)2需要

7、的衍射線盡可能咼角的衍射線濾波片的選擇：Z濾vZ靶一(12)Z靶40,Z濾=乙靶一1Z靶40,Z濾=乙靶一2掃描范圍的確定不同的測定目的，其掃描范圍也不同。當(dāng)選用Cu靶進(jìn)行無機(jī)化合物的相分析時，掃描范圍一般為902(20)；對于高分子，有機(jī)化合物的相分析，其掃描范圍一般為602；在定量分析、點(diǎn)陣參數(shù)測定時，一般只對欲測衍射峰掃描幾度。掃描速度的確定常規(guī)物相定性分析常采用每分鐘2或4的掃描速度，在進(jìn)行點(diǎn)陣參數(shù)測定，微量分析或物相定量分析時，常采用每分鐘1/2或1/4的掃描速度。（二）樣品制備X射線衍射分析的樣品主要有粉末樣品、塊狀樣品、薄膜樣品、纖維樣品等。樣品不同，分析目的不同（定性分析或定量

8、分析），則樣品制備方法也不同。1.粉末樣品X射線衍射分析的粉末試樣必需滿足這樣兩個條件：晶粒要細(xì)小，試樣無擇優(yōu)取向（取向排列混亂）。所以，通常將試樣研細(xì)后使用，可用瑪瑙研缽研細(xì)。定性分析時粒度應(yīng)小于40微米（350目），定量分析時應(yīng)將試樣研細(xì)至10微米左右。較方便地確定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾動，兩手指間沒有顆粒感覺的粒度大致為10微米。常用的粉末樣品架為玻璃試樣架，在玻璃板上蝕刻出試樣填充區(qū)為20 x18平方毫米。玻璃樣品架主要用于粉末試樣較少時（約少于500立方毫米）使用。充填時，將試樣粉末一點(diǎn)一點(diǎn)地放進(jìn)試樣填充區(qū)，重復(fù)這種操作，使粉末試樣在試樣架里均勻分布并用

9、玻璃板壓平實(shí)，要求試樣面與玻璃表面齊平。如果試樣的量少到不能充分填滿試樣填充區(qū)，可在玻璃試樣架凹槽里先滴一薄層用醋酸戊酯稀釋的火棉膠溶液，然后將粉末試樣撒在上面，待干燥后測試。塊狀樣品先將塊狀樣品表面研磨拋光，大小不超過20 x18平方毫米,然后用橡皮泥將樣品粘在鋁樣品支架上，要求樣品表面與鋁樣品支架表面平齊。微量樣品取微量樣品放入瑪瑙研缽中將其研細(xì)，然后將研細(xì)的樣品放在單晶硅樣品支架上（切割單晶硅樣品支架時使其表面不滿足衍射條件），滴數(shù)滴無水乙醇使微量樣品在單晶硅片上分散均勻，待乙醇完全揮發(fā)后即可測試。薄膜樣品制備將薄膜樣品剪成合適大小，用膠帶紙粘在玻璃樣品支架上即可。（三）樣品測試開機(jī)前的準(zhǔn)備和檢查將制備好的試樣插入衍射儀樣品臺，蓋上頂蓋關(guān)閉防護(hù)罩；開啟水龍頭，使冷卻水流通；X光管窗口應(yīng)關(guān)閉，管電流管電壓表指示應(yīng)在最小位置；接通總電源。開機(jī)操作開啟衍射儀總電源，啟動循環(huán)水泵；待數(shù)分鐘后，打開計(jì)算機(jī)X射線衍射儀應(yīng)用軟件,設(shè)置管電壓、管電流至需要值，設(shè)置合適的衍射條件及參數(shù)，開始樣品測試。停機(jī)操作測量完畢，關(guān)閉