XRF光譜儀原理及維護課件

XRF光譜儀原理及維護1編輯ppt

一.X射線熒光儀概論2編輯ppt.煉鋼爐前分析的發(fā)展手動濕法分析手動儀器分析自動快速分析3編輯ppt.快速分析的幾種模式X熒光火花光譜制樣（銑床）機械手試樣歸類存儲進樣4編輯pptXRF光譜儀通常分成兩大類：能量色散光譜儀(EDXRF)2.波長色散光譜儀(WDXRF)X射線熒光儀分類5編輯ppt

1.能量色散光譜儀(EDAXS)X光管－樣品－探測器－定標(biāo)器－微機X光管或放射性同位素

半導(dǎo)體探測器

樣品

冷卻器

多道分析器MCA

6編輯ppt二維光學(xué)（光管直接激發(fā)）EDXRFX光管初級輻射直接激發(fā)樣品，由樣品發(fā)射的熒光直接進入探測器進行光電轉(zhuǎn)換和能量分辨，信號輸入多道分析器進行定性和定量分析。這種方式的儀器適用于快速定性分析和常規(guī)樣品定量分析。其優(yōu)點是定性分析速度快，缺點是對輕元素和重元素，分析效果差。Minipal47編輯ppt三維光學(xué)（二次靶片振光激發(fā)）放大器及多道分析器探測器

二次靶

樣品

X光管

X光管初級輻射激發(fā)二次靶(如Tika，多個)，用偏振的靶線激發(fā)樣品，產(chǎn)生樣品熒光，經(jīng)探測器光電轉(zhuǎn)換并分光，輸入多道分析器，進行定性和定量分析。通過偏振，降低背景，提高靈敏度。這種方式適用于測定痕量重金屬元素。EPSON58編輯ppt2.波長色散X射線光譜儀樣品X光管初級準直器分光晶體探測器

放大器PHS及計數(shù)電路波長色散熒光光譜儀由激發(fā)源、樣品室、前級準直器、分光晶體、后準直器、探測器、放大器、多道脈沖分析器、定標(biāo)器及計算機組成。9編輯ppt波長色散光譜儀AXioS光譜儀10編輯ppt能量型：優(yōu)點，無分光系統(tǒng)，小巧，檢測靈敏度提高2—3數(shù)量級，可一次同時測定樣品中幾乎所有元素；缺點，分析背景大，準確度不夠，尤其對輕元素還不能使相鄰元素的Ka譜線完全分開。波長型：主要由光源、準直器、分光晶體、檢測器、記錄系統(tǒng)組成，有多道和單道式，分析準確度較高，價格較貴。小結(jié)EDXRF和WDXRF優(yōu)缺點：11編輯ppt二.X射線熒光儀分析原理12編輯pptXRF分析分包括定性分析與定量分析。根據(jù)選用的分析晶體和實測的2θ，用Bragg公式算出波長，根據(jù)Moseley定律確定元素，并從峰的能量中確定大致含量，進行定性分析；2.根據(jù)已知元素某特定波長或能量的光譜線強度強度確定該元素在樣品中的濃度，進行定量分析。XRF光譜分析原理13編輯ppt

兩個重要定律

布拉格衍射（Bragg）定律:

nλ=2dSinθ

以Fe為例，當(dāng)n=1時對于LiF200晶體：2d=0.4028nmFeKα

λ=0.19373nmθ=

28.75°2θ

=

57.50°莫塞萊（Moseley）定律：

其中為波長，K、S是常數(shù)，Z是原子序數(shù)14編輯ppt

XRF定量分析根據(jù)元素的特征X射線光譜線的強度與元素在樣品中含量間的函數(shù)關(guān)系，確定樣品中各元素的濃度，稱為定量分析。15編輯ppt

XRF定量分析的基本步驟1.建立分析程序2.建立漂移校正程序3.建立標(biāo)樣濃度文件4.測量標(biāo)樣的光譜強度5.建立校準曲線6.測量未知樣品16編輯ppt

XRF定量分析程序的匯編步驟匯編分析應(yīng)用程序匯編分析應(yīng)用程序點擊新應(yīng)用項輸入新程序名輸入通道組名匯編化合物表匯編分析通道檢查狀態(tài)參數(shù)樣品形態(tài)說明搜索光譜干擾確定背景位置2角光學(xué)掃描確定脈沖條件PHD掃描計算測量時間匯編樣品識別17編輯ppt

建立定量分析程序1.選擇測量介質(zhì)：真空或He氣2.選擇通道光欄：確定試樣的照射面積大小通常有直徑27mm或30mm或37mm……可選3.匯編需要分析的元素或化合物（用系統(tǒng)化合物表和周期表）4.選擇試樣類型：塊樣…………金屬，合金……等固體粉末壓片…….輸入樣品量，粘接劑種類及加入量熔融片……….輸入樣品量，熔劑種類及加入量溶液………….輸入樣品量，溶劑種類及溶劑加入量18編輯ppt建立分析測量程序（續(xù)）5.匯編測量通道道(Channel)：內(nèi)容包括通道名、譜線、晶體、準直器、探測器、濾光片、kV/mA、峰位及背景測量時間，脈沖高度分布條件(PHD)檢查分析線光學(xué)條件(CheckAngle)：確定峰位實際角度及背景點；計算測量時間、檢查譜重疊檢查電學(xué)條件(CheckPHD)：確定脈沖高度分布的設(shè)定條件8.自動生成分析測量程序19編輯ppt

分析線的選擇選擇分析線時，通常選擇高強度、最靈敏線。一般K系線強度>L系線強度。在無干擾的情況下盡量選擇K系線。一般：原子序數(shù)Z=4Be～53I，選用K系譜線原子序數(shù)Z=55Cs～92U，選用L系譜線原子序數(shù)Z=37Rb～60Nd，選用K或L系譜線20編輯ppt三.X射線熒光儀部件功能21編輯ppt

儀器組件的基本功能X光管樣品光學(xué)系統(tǒng)探測器定標(biāo)器計算機激發(fā)源熒光發(fā)射源光譜單色化光電轉(zhuǎn)換計數(shù)電路操作控制

軟件定性定量分析22編輯ppt1.激發(fā)源－X光管

X射線陰極燈絲陽極RhBe窗口陰極發(fā)射的電子在電場作用下飛向陽極,與陽極靶原子相遇突然停止運動，轉(zhuǎn)移能量,發(fā)射X射線光子；高速電子的能量99%以熱能釋放，僅有1％的能量轉(zhuǎn)變成X射線光子。由陽極、陰極、Be窗口、真空室、陶瓷絕緣、HT插座、燈絲聯(lián)結(jié)、冷

卻水管、管殼組成。23編輯pptX光管原理圖電流電子燈絲陽極Be窗口X射線光子24編輯ppt

Axios儀器的熒光激發(fā)源

X射線管25編輯ppt最佳激發(fā)電壓的選擇

1.

最佳激發(fā)電壓應(yīng)高于元素臨界激發(fā)電位的4～10倍；2.激發(fā)輕元素時，選擇低電壓,高電流;3.激發(fā)重元素時,選擇高電壓,低電流;26編輯ppt

最佳工作電壓的選擇KV/KeV輕元素選擇低電壓,高電流;重元素選擇高電壓,低電流27編輯ppt最佳工作電壓

kV KlinesLlines60 Fe-BaSm-U50 Cr-Mn Pr-Nd40 Ti-V Cs-Ce30 Ca-Sc Sb-I24 Be-K Ca-Sn28編輯ppt最佳工作電流工作電流和強度的2次方成正比，管流管壓之積小于額定功率的前提下，可選擇工作電流盡可能的高29編輯ppt

2.熒光發(fā)射源(樣品)21tdt原級輻射IX光管探測器熒光輻射Ii由于原級輻射激發(fā)和共存元素互致激發(fā)樣品發(fā)射的熒光由一次、二次、三次熒光組成。30編輯ppt3.光學(xué)(分光)系統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)由樣品、前級準直器、分光晶體和探測器準直器組成；31編輯ppt晶體分光原理BraggsLaw:n=2dsin布喇格定律樣品發(fā)射的具有不同波長的特征X射線通過晶體的衍射，散布在空間不同的方位上，并由探測器跟蹤測量——稱為波長散射。32編輯ppt晶體分光原理與布拉格定律布拉格定律入射波長33編輯ppt準直器系統(tǒng)前級準直器的作用在于：控制入射光束的強度及分辨性能探測器準直器的作用在于降低雜散背景，提高靈敏度3.通常具有兩種準直器系統(tǒng)：平面晶體/準直器色散系統(tǒng)－非聚焦系統(tǒng)，用于順序式儀器柱面彎曲晶體/狹縫色散系統(tǒng)－聚集系統(tǒng)，用于同時式儀器4.準直器由若干金屬薄片（Mo)及隔墊疊積而成，金屬片間隔越密，分辨率越高，強度越低；金屬片間距越大，強度越高，分辨率越差。34編輯ppt兩種準直器裝置對數(shù)螺線彎晶光學(xué)系統(tǒng)平面晶體光學(xué)系統(tǒng)35編輯ppt準直器工作原理輻射源發(fā)散光平行光在平面晶體光學(xué)系統(tǒng)中，準直器將發(fā)散光會聚成一束平行光，片間距越小，光束的準直度越高，分辨率越好，但強度越低。36編輯pptAXioS儀器的準直器系統(tǒng)粗高強度低分辨率中分辨率及強度一般細高分辨低強度37編輯ppt準直器/狹縫應(yīng)用范圍準直器100/150mm300mm700mmL-spectraU-PbU-RuMo-FeK-spectraTe-AsTe-KCl-O準直器150mm550mm4000mmL-spectraU-RuMo-Fe-K-spectraTe-KCl-FO-Be38編輯ppt

濾光片的用途1.消除光管靶材的特征線干擾；2.微量分析時可提高峰/背比，獲得較低的LLd；3.減弱初級光束強度；4.抑制管光譜中的有害雜質(zhì)光譜。濾光片位于X光管Be窗于樣品之間；共有5塊不同材質(zhì)的薄片構(gòu)成，由一馬達驅(qū)動；39編輯ppt消去X光管靶線和降低散射背景例40編輯ppt光學(xué)編碼定位測角儀(DOPS)定位精度:0.0001o-2定位精度:2400o/分鐘驅(qū)動方式:-2獨立轉(zhuǎn)動準確度:0.0025o-2優(yōu)點：速度快、精度高、無機械誤差。提高掃描速度和角度定位精度41編輯pptDOPS定位原理編碼光盤與軸直接固定22條光柵刻線的像投影到光敏二極管上,產(chǎn)生一個信號;形成方波輸出22條線平均，取樣頻率:1.5kHZ激光定位光學(xué)驅(qū)動測角儀（DOPS）由一光敏探頭（光電二極管組）、一個光發(fā)射二極管光源、光源透鏡和石英振蕩器控制電路組成。編碼光盤共720條刻痕，每兩條表示0.5o,為避免痕距偏差，以一組22條刻痕的像經(jīng)透鏡投射道光電二極管，收集頻率為1.5kHZ的余弦波信號。監(jiān)控頻率為7.5MHz,每5000個時鐘脈沖控制0.5o。42編輯ppt4.探測器工作原理以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，把X射線光子轉(zhuǎn)換成可測量的電壓脈沖.以達到檢測X射線光子的目的.探測器不僅能將光子轉(zhuǎn)變成可以測量的脈沖，而且具有區(qū)分光子能

量大小的正比特性；2.

常用的探測器有:閃爍計數(shù)器、封閉型正比計數(shù)器和流氣式正比計數(shù)器。43編輯ppt正比計數(shù)器的工作原理入射窗口陽極絲50μm放大器出射窗口將不可測量的光信號轉(zhuǎn)變成可測的脈沖信號44編輯ppt+ArAr+Ar+e-e-e-e-e-e-e-e-e-Ar+Ar+Ar+Ar+Ar+Ar+e-Ar+Ar氣原子電離電位:3evAr氣放電原理光電效應(yīng)：一個入射光子使若干Ar原子產(chǎn)生常規(guī)電離，形成正負離子對，電子在電場作用下,獲得能量使更多原子電離，產(chǎn)生大約106個電子形成一次雪崩放電,然后在CH4的淬滅作用下停止放電，從而形成一個電壓脈沖。EX45編輯ppt探測器能量正比特性一個入射光子進入探測器時形成的最大正負離子對的數(shù)量取決于一個放大因子，這個因子稱為放大倍數(shù)，可根據(jù)以下公式計算：

式中：n最大正負離子對的數(shù)量；Ephot為入射光子能量；Eion為Ar原子的電離能量；gasgain是氣體的放大倍數(shù)，與探測器高壓有關(guān)。入射光子能量越高形成的正負離子對數(shù)量越大，輸出脈沖的幅度就越大。這就是探測器的正比特性。46編輯ppt閃爍計數(shù)器應(yīng)用范圍

重元素和短波輻射計數(shù)器，其適用范圍為:0.04-0.15nm(8-30keV)光陰極Be窗閃爍晶體倍增極陽極放大器47編輯ppt

各種探測器的應(yīng)用范圍1.流氣正比計數(shù)器:適用于輕元素和長波輻射

0.08-12nm(0.1-15keV)；2.封閉正比計數(shù)器:中間元素和中波長輻射0.10-6nm

(9.0-11keV)；3.閃爍計數(shù)器:重元素和短波輻射0.04-0.15nm(8.0–30kev);48編輯ppt探測器的脈沖高度分布49編輯ppt脈沖高度分析器的主要作用是記錄每個能量高度間隔內(nèi)產(chǎn)生多少個脈沖？該脈沖的數(shù)目與譜線強度有關(guān)。檢測器和脈沖高度分析器區(qū)別不同能量譜線光子的能力稱為能量分辨率。脈沖高度分析器的作用50編輯ppt5.脈沖高度分析器上限甄別器下限甄別器反符合電路輸入輸出脈沖高度選擇器由上限甄別器、下限甄別器、反符合電路等部分組成。假設(shè)有三類脈沖進入脈沖高度分析器：V1、V2、V3；V1<V2<V3V3V1V2V2輸出51編輯ppt脈沖高度選擇原理

當(dāng)脈沖輸入時，下限、上限甄別器都觸發(fā)，反符合電路無輸出,則

輸出端無輸出；

當(dāng)上下限甄別器均不觸發(fā)，反符合電路無輸出，則輸出端無輸出；

當(dāng)下限甄別器觸發(fā)，上限甄別器不觸發(fā)，反符合電路有輸出，則輸

出端有輸出。使幅度高于下限而低于上限的脈沖通過脈沖高度選擇器52編輯ppt

脈沖高度選擇器的作用

1.只讓落在上電平甄別與下電平甄別間的脈沖通過計數(shù)電路

2.排除不必要的脈沖如：低電壓噪音;晶體諧波即高次反射線脈

沖；重元素高次線對輕元素一級線的干擾;晶體熒光及逃逸峰；

3.扣除連續(xù)譜，降低背景強度，提高靈敏度。53編輯ppt

脈沖高度分布曲線平均脈沖高度半高寬LLUL計數(shù)率(Kcps)脈沖幅度(V)(FWHM)

一種單一能量的光子脈沖，其計數(shù)率隨幅度變化呈現(xiàn)一種統(tǒng)計分布，稱為脈沖高度分布曲線.是一種正態(tài)分布，簡稱PHD或PHA。54編輯ppt

實際的脈沖高度分布(封Xe)55編輯ppt

氣體正比計數(shù)器的逃逸峰:-e–e–e–e–e-e+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

(1)Ar原子外層電離，由光電子引起

(2)Ar原子內(nèi)層光電離，由ArK光子引起

-e–e–e–e–e-e+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar

+Ar56編輯ppt在入射光子的作用下，檢測器中的原子Ar，也會發(fā)射它們的特征譜線，由此入射X射線光子會損失的一部分能量與探測氣體Ar原子K系譜線的能量相等，Ar原子的K系激發(fā)能大約3keV。檢測器不僅記錄入射光子引起的脈沖數(shù)目，還記錄該低能光譜光子產(chǎn)生的脈沖數(shù)，在能譜圖上表現(xiàn)為兩個峰：主峰和逃逸峰。探測器的主峰與逃逸峰57編輯ppt逃逸峰現(xiàn)象實例V的逃逸峰V的主峰(光子峰)22Ti~27Co各元素出現(xiàn)逃逸峰58編輯ppt

逃逸峰的計算例CrKα的逃逸峰：

分析線

：CrKaArKa光子能量

：5.41keV；2.96keV逃逸峰的能量:

E

=CrKa-ArKa=5.41-2.96=2.45Kev光子峰逃逸峰59編輯ppt堆積峰的形成堆積峰是由于兩個光子同時進入了探測器形成的，這兩個光子各自產(chǎn)生一群電子并被檢測，所以檢測的能量相當(dāng)于兩個初始能量之和60編輯ppt

雙多道脈沖分析計數(shù)電路(DMCA)

作用是提高計數(shù)速度，以實現(xiàn)快速定性掃描

擴大計數(shù)的線性范圍，提高靈敏度。最高計數(shù)率為:

3500kcps61編輯ppt

6.計算機控制系統(tǒng)

作用：1.控制儀器操作2.各種參數(shù)的智能化選擇；3.數(shù)據(jù)處理：

62編輯ppt數(shù)據(jù)傳輸63編輯ppt通訊與數(shù)據(jù)傳輸(機內(nèi))WordExcelPowerPointAccess通過打印機設(shè)置，將光譜分析結(jié)果轉(zhuǎn)移到微軟中作各種處理(機內(nèi))64編輯ppt通訊與數(shù)據(jù)傳輸(遠程)65編輯ppt光譜儀的維護66編輯ppt安全操作

1．開機 a.開空壓機。設(shè)定壓力為4.5bar左右。 b.開P10氣體。設(shè)定輸出壓力為0.75bar。 c.開水冷機。 d.

開主機電源。開計算機電源。運行SuperQ,進入Systemsetup,

檢查P10流量(1L/h左右），真空度（小于100Pa）。 e.

開X－光管高壓。2.關(guān)機 a.高壓降為20kv/10mA。 b.關(guān)高壓電源。

c.關(guān)主機電源。 d.關(guān)水冷機電源。67編輯ppt更換P10氣體

更換P10氣體 1.高壓降為20kv/10mA。 2.關(guān)高壓電源。 3.設(shè)定介質(zhì)為空氣。 4.關(guān)閉氣瓶主開關(guān)。取下減壓閥。更換氣瓶。 5.快速打開氣瓶主開關(guān)，沖洗瓶口。裝上減壓閥，檢查壓力為0.75bar. 6.在儀器中檢查氣體流量為1.0L/h)左右。變換介質(zhì)為真空。7.開高壓。8.檢查PHD.68編輯pptX－光管老化1.停機超過24小時以上，再開機時X光管需老化。2.停機在24至48小時之間，用快速老化。3.停機超48小時以上，用常規(guī)老化。在SuperQ軟件中操作。69編輯ppt日常維護1.清潔試樣蓋。用清潔劑清潔儀器外殼（不能用酒精）2.檢查冷卻水水位及流量，檢查是否漏水，檢查P10氣壓力及流量，空壓機壓力，真空度。定期更換水過濾器。定期檢查真空泵油面（3個月）。真空泵每6個月排一次水。每年更換一次真空泵油。4.更換P10氣時，必須檢查PHD。5.根據(jù)分析樣品情況，定期清潔分光室。二個月放一次空壓機的水6.每天記錄儀器參數(shù)。例：真空度，P10氣流量等70編輯ppt用TCM軟件檢查儀器參數(shù)71編輯ppt儀器參數(shù)保存及上傳1.光標(biāo)選擇Pup/downloadParameterbank,然后回車。

UP/DOWNLOADPARAMETERBANK

12-Dec-200312:50:02

Name:DY765 IncludeFilenameFileexists InstrumentConfiguration:YesDY765.ICFYes InstrumentParameters:YesDY765.IPYes

InstrumentCalibrationData:YesDY765.CALYes

Esc=MenuF1=ParameterbanktodiskF2=ParameterbanktoinstrumentF9=General

2.

參數(shù)的保存：首先輸入文件名，Dyxxx,檢查文件是否存在，如不存在

按F1鍵，參數(shù)文件將被保存。3.

參數(shù)文件的上傳：輸入文件名，Dyxxx,檢查文件是否存在，如存在按F2鍵，文件將被傳到儀器。72編輯ppt儀器參數(shù)下載73編輯ppt檢查顯示儀器動態(tài)參數(shù)

ANALOGSENSORINPUTSADCNameValueADCNameValue

1CABTMP:29.92C儀器內(nèi)部溫度13+12VSB:11.99V2TMPPWR:1.17V14+12V:11.91V3ARFLOW:1.11l/hP10氣流量15+24V:23.74V4ARPRES:769hPaP10氣壓力16+24Va:23.79V5GASOFS:7.15V17WTRCND:13鍿/m電導(dǎo)率6GASABS:321hPa18WTRTMP:20.50C內(nèi)循環(huán)水溫度7GASPRS:381hPa19WTRFLW:3.87l/min內(nèi)循環(huán)水流量

8VACANA:2.04Pa真空度20PRWTMP:17.66C外冷卻水溫度9SPNANA:4.89V21CATFLW:3.25l/min外冷卻水流量10+5V:4.90V電壓22HTVOLT:20.01kV電壓11-5V:-5.13V23HTCUR:9.91mA電流12-12V:-11.96V24HTFRQ:3.24kHz頻率在TCM中光標(biāo)選擇A“Anlogsensorinputs”,回車。74編輯ppt儀器參數(shù)模擬量（A/D）顯示75編輯ppt檢查PHDCrystalElline2DetectorsampleLiF200CuK40.45FLCuGePK140.93FLC3PETAlK144.86FLC3PX1CuL計算FLCuLiF220CuK58.53FLCu76編輯ppt檢查PHD77編輯ppt檢查PHD步驟1.PSC設(shè)定為No2.根據(jù)要求設(shè)定不同的晶體,角度,探測器,并Load樣品（C3或Cu）。3.調(diào)節(jié)KV,mA,Collimator,Mask等，使Current(kcps):20kcps4.按F1鍵，開始測量，觀察Toppoisition,是否為502。如不是，調(diào)節(jié)DetectorHV，使其為502。

78編輯ppt檢查PHD設(shè)置1.設(shè)定(Collimator)準直器。Xtal(晶體)角度(Angle)。探測器(Detector);探測器高壓HV;峰值位置(Topposition);KvmA。晶體(Xtal)：1LiF200,2GE(111),3PET(002),4PX1,8LiF220.

準直器(Collimator):1300,2150,3700.探測器(Detector):1:FL(流氣探測器)3：Sc（閃爍探測器）。3.裝樣及卸樣品：先按F9（Genaral）鍵，然后按F1鍵,裝樣或卸樣（load/unload）。79編輯ppt試樣裝載測試

F1－開蓋或關(guān)蓋，F(xiàn)2－試樣室抽真空或放空氣，F(xiàn)3－試樣推桿上或下，F(xiàn)4－試樣轉(zhuǎn)盤F5－自旋，F(xiàn)9－通常。進樣時，按F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，F(xiàn)4的順序。取樣時，按F4，F(xiàn)3，F(xiàn)2，F(xiàn)1的

80編輯ppt常見故障判斷方法創(chuàng)建一個測量強度的程序（可根據(jù)不同的晶體探測器組合選擇通道用樣品連續(xù)測量10次，觀察精度，如誤差很小，符合要求，則儀器無問題。應(yīng)檢查分析方法本身，檢查誤差來源。81編輯ppt機械故障1.turrettimeout氣缸下降高度不夠，試樣高出杯子或試樣掉出杯子，皮帶松，馬達運行不正常。2.PlungerTimeout：潤滑不夠，氣壓不夠，電