X熒光光譜儀的原理課件

1、X-熒光光譜儀講座 1、簡(jiǎn)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(jiǎn)介 X射線熒光（XRF）能用于測(cè)定周期表中多達(dá)83個(gè)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(cè)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(dòng)態(tài)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。 掃描式X射線熒光儀安裝的是具有很大測(cè)定靈活性的測(cè)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(dá)83個(gè)元素。 此外，測(cè)角儀還可以使用半

2、定量分析元件如QuantAS，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(gè)測(cè)角儀（掃描道）和一個(gè)衍射道，如果需要還可以再裝14個(gè)固定道，它配有12位樣品交換器，可以設(shè)定自動(dòng)進(jìn)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(lèi)型：一種是波長(zhǎng)色散型（WDX），一種是能量色散型（EDX），我公司使用的是波長(zhǎng)色散型，在WDX中，熒光光譜通過(guò)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(jì)數(shù)器或閃爍計(jì)數(shù)器檢測(cè)，其主要組成是X光管、初級(jí)準(zhǔn)直器、晶體、次級(jí)準(zhǔn)直器和探測(cè)器，及輔助裝置如初級(jí)濾光片等。 在分析樣品的情況下，當(dāng)來(lái)自

3、X光管的初級(jí)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)生相干散射和非相干散射。（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(cè)量的就是X熒光。 1、X射線熒光光譜儀的基本原理：被測(cè)試樣進(jìn)入光譜儀后，受到來(lái)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(shí)，使組成物質(zhì)的原子產(chǎn)生具有特征性的一種次級(jí)X射線，X光管發(fā)射的光譜是有靶材元素（Rh銠）的特征譜和連續(xù)譜（或稱(chēng)白色輻射）所組成，來(lái)自樣品的輻射是由X光管光譜和樣品

4、中各元素的特征譜所組成的混合光，這種混合光被引入測(cè)角儀所組成的色散系統(tǒng)分光，分光后所得的譜線和被測(cè)樣品中存在的元素有關(guān)。分步說(shuō)明 X光管： 工作時(shí)燈絲通電加熱，陰極受熱發(fā)射電子，因在陰極和陽(yáng)極內(nèi)加有高壓，產(chǎn)生的電子就被加速向陽(yáng)極奔去，最后以高速撞擊陽(yáng)極，陽(yáng)極就發(fā)射初級(jí)X射線，在撞擊過(guò)程中極大部分電子動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，只有約不到1%的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成X射線，因此陽(yáng)極靶的溫度非常高，必須用水冷卻。色散系統(tǒng)初級(jí)X射線照射樣品后，樣品會(huì)發(fā)出由各組成元素生成的混雜在一起的多色次級(jí)X射線，色散系統(tǒng)的任務(wù)就是要將某一待測(cè)元素從上述混雜線中分離出來(lái)，送入探測(cè)器檢測(cè)。單道掃描型波長(zhǎng)色散X熒光光譜儀是采用平行光結(jié)構(gòu)，它的

5、分光元件（準(zhǔn)直器和平面晶體），以及探測(cè)器都安裝在測(cè)角儀裝置上，試樣位置不變，測(cè)定時(shí)，晶體和探測(cè)器分別對(duì)來(lái)自試樣的次級(jí)射線作和2的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，這時(shí)所需檢測(cè)的譜線就被分離出來(lái)，并被檢出。單道掃描型儀器在測(cè)定時(shí)是一個(gè)元素測(cè)完后再測(cè)一個(gè)元素的，因此測(cè)定周期較長(zhǎng)，但是它的測(cè)定范圍很廣，只要配置足夠的晶體和探測(cè)器，幾乎可測(cè)定所有元素。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

6、，組成這種幾何多面體的平面稱(chēng)晶面。晶體都具有一定的對(duì)稱(chēng)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(shí)晶面才反射X射線，這種選擇性反射稱(chēng)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(zhǎng)為的X射線，那么這個(gè)波與相鄰平面反射的波在路程上相差“2dsin的距離，當(dāng)這段距離的長(zhǎng)度是波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，反射的X射線被加強(qiáng)，否則它們互相抵消。布拉格（Bragg）公式 n=2dsin根據(jù)這一公式就可以通過(guò)改變衍射角將多波長(zhǎng)X射線中某一特定的波長(zhǎng)從其他波長(zhǎng)中衍射出來(lái),達(dá)到分光的目的。晶體的穩(wěn)定性：由于溫度變化時(shí),晶面會(huì)膨脹或收縮使2d值改變,根據(jù)Bragg公式在角不變時(shí)測(cè)到的波長(zhǎng)發(fā)生

7、變化,數(shù)據(jù)就發(fā)生波動(dòng),PET晶體是對(duì)溫度最敏感的晶體,為了保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定提高測(cè)量精度,必須在恒溫下進(jìn)行。探測(cè)器X熒光儀共有2個(gè)探測(cè)器,即流氣正比計(jì)數(shù)器和閃爍計(jì)數(shù)器,裝在探測(cè)器架上,可程控切換. 只產(chǎn)生一次雪崩效應(yīng)，這個(gè)經(jīng)放大后的電荷數(shù)仍正比于初級(jí)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(jì)數(shù)就測(cè)得了入射光子的數(shù)目（強(qiáng)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(shí)甲烷分子和惰性氣體一起電離，然后分布在整個(gè)探測(cè)器空間，當(dāng)雪崩無(wú)法控制時(shí)，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。總之，X射線光子進(jìn)入探測(cè)器后經(jīng)過(guò)初級(jí)電離和氣體放大，一個(gè)光子能產(chǎn)生許

8、多電子電離對(duì)，其中電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)、離子向陰極運(yùn)動(dòng)形成電流，最終在電脈沖發(fā)生電路上形成電脈沖，探測(cè)器輸出電脈沖幅值與入射光子能量成正比，而電脈沖的強(qiáng)度與入射光子的數(shù)目成正比。閃爍計(jì)數(shù)器：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(shí)會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光，當(dāng)閃爍晶體發(fā)出的可見(jiàn)光射入光電倍增管的光陰極上時(shí)，光陰極就發(fā)射光電子。光電倍增管是由一些稱(chēng)作打拿極的陽(yáng)極和光陰極組成，打拿極以連續(xù)增熱方式排列，以相繼一級(jí)級(jí)地加速由光陰極發(fā)出的光電子，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(jí)。閃爍計(jì)數(shù)器也是正比計(jì)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(qiáng)度和光子數(shù)成正比。它用于波長(zhǎng)較短的X射線檢測(cè)。探測(cè)器的穩(wěn)定性：除了探測(cè)器高壓和氣體流量的不穩(wěn)定所引起的測(cè)量信號(hào)波動(dòng)外，探測(cè)器本身的穩(wěn)定性取決于陽(yáng)極絲的清潔。由于充氣的純度不夠或長(zhǎng)期使用形成的小顆粒沉積在陽(yáng)極絲的表面，使陽(yáng)極絲的有效直徑改變，導(dǎo)致局部電場(chǎng)破壞，改變氣體放大增益，使測(cè)定數(shù)據(jù)波動(dòng)。 X光管初級(jí)準(zhǔn)直器X射線樣品平行光二次準(zhǔn)直器晶體準(zhǔn)直器衍射光探測(cè)器衍射光衍射道的結(jié)構(gòu) 總之，X射線熒光分析（XRF）是用來(lái)測(cè)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(lái)測(cè)定樣品中的化合物，即完成物相分析。 所有XRF和XRD光譜儀測(cè)量的都是強(qiáng)度.儀器只有經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)后才能求得濃度,需