2材料元素分析2解析

元素成份分析

〔二〕

X射線熒光分析和電子探針分析朱永法2023年9月20日user:userpassword:userport:22各種講義專業(yè)名目/電子能譜與材料分析/材料分析化學(xué)1清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組X射線熒光光譜分析根底學(xué)問 1923年建立X射線熒光分析方法；1950X射線熒光分析譜儀 1980全反射X射線熒光譜儀應(yīng)用：固體材料〔礦物，陶瓷，建材，環(huán)境，金屬材料，薄膜，鍍層分析〕材料分析化學(xué)2清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF分析—方法原理X射線熒光的產(chǎn)生原子中的內(nèi)層〔如K層〕電子被X射線輻射電離后在K層產(chǎn)生一個(gè)正孔穴。外層〔L層〕電子填充K層孔穴時(shí)，會(huì)釋放出確定的能量，當(dāng)該能量以X射線輻射釋放出來(lái)時(shí)就可以放射特征X射線熒光。材料分析化學(xué)3清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF分析－原理熒光產(chǎn)率俄歇效應(yīng)與X射線熒光放射是兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的過程。對(duì)于原子序數(shù)小于11的元素，俄歇電子的幾率高。但隨著原子序數(shù)的增加，放射X射線熒光的幾率漸漸增加。重元素主要以放射X射線熒光為主。材料分析化學(xué)4清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF分析－原理Moseley定律1/2＝a〔Z-b)X射線熒光頻率的平方根與元素的原子序數(shù)成正比。只要獲得了X射線熒光光譜線的波長(zhǎng)就可以獲得元素的種類信息。XRF定性分析的根底熒光X射線的強(qiáng)度與分析元素的質(zhì)量百分濃度成正比。是X射線熒光光譜的定量分析根底。

材料分析化學(xué)5清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－裝置波長(zhǎng)色散型X射線熒光光譜儀 利用分光晶體對(duì)X射線的波進(jìn)步行色散能量色散型X射線熒光光譜儀 利用半導(dǎo)體直接測(cè)量X射線的能量材料分析化學(xué)6清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－裝置材料分析化學(xué)7清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－裝置波長(zhǎng)色散原理 Bragg方程

nλ＝2dsinθ檢測(cè)器置于角度為2θ位置

一般需要10塊分光晶體

材料分析化學(xué)8清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－裝置X射線源一般分析重元素時(shí)承受鎢靶，分析輕元素時(shí)承受鉻靶材料分析化學(xué)9清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－裝置－分光晶體

材料分析化學(xué)10清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF-裝置－檢測(cè)器正比計(jì)數(shù)器常用于輕元素的分析CH4/ArX射線輻照電離材料分析化學(xué)11清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF-裝置閃

計(jì)數(shù)器適合重元素的檢測(cè)

把X射線轉(zhuǎn)化為可見光材料分析化學(xué)12清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF-裝置半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器直接分析X射線的能量材料分析化學(xué)13清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－能量色散型承受高區(qū)分率的半導(dǎo)體檢測(cè)器直接測(cè)量X射線熒光光譜線的能量構(gòu)造小的優(yōu)點(diǎn)檢測(cè)靈敏度可以提高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)不存在高次衍射譜線的干擾一次全分析樣品中的全部元素對(duì)輕元素的區(qū)分率不夠，一般不能分析輕元素在液氮溫度下保存和使用材料分析化學(xué)14清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組能量色散型XRF材料分析化學(xué)15清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組能量色散XRF譜材料分析化學(xué)16清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－樣品的制備液體樣品，固體樣品易揮發(fā)性物質(zhì)，腐蝕性溶劑樣品化學(xué)組成的不同共存元素的干擾晶型，粒度，密度以及外表光滑度研磨到300目，壓片溶解成溶液或用濾紙吸取材料分析化學(xué)17清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－分析方法定性分析依據(jù)Moseley定律查閱波長(zhǎng)的方法進(jìn)展元素的標(biāo)定查閱X射線的能量的方法確定元素成份計(jì)算機(jī)上自動(dòng)識(shí)別人工識(shí)譜主要是解決一些干擾譜線材料分析化學(xué)18清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－分析材料分析化學(xué)19清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－定量分析X射線熒光光譜的強(qiáng)度與元素的含量成正比基體效應(yīng)〔物理化學(xué)狀態(tài)不同〕粒度效應(yīng)〔對(duì)X射線的吸取〕譜線干擾材料分析化學(xué)20清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－分析方法校準(zhǔn)曲線法內(nèi)標(biāo)法標(biāo)準(zhǔn)參與法稀釋法無(wú)標(biāo)樣根本參數(shù)數(shù)學(xué)計(jì)算法材料分析化學(xué)21清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－根本無(wú)參數(shù)法最常用的定量分析方法利用元素的靈敏度因子特點(diǎn)是不需要標(biāo)樣，測(cè)定過程簡(jiǎn)潔當(dāng)元素含量大于1%時(shí)，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差可小于1%當(dāng)含量小于1%時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較高無(wú)標(biāo)樣根本參數(shù)法已對(duì)基體效應(yīng)進(jìn)展了校正，因此不必作基體校正材料分析化學(xué)22清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－薄膜厚度分析對(duì)金屬材料檢測(cè)深度為幾十微米對(duì)高聚物可達(dá)3mm薄膜元素的熒光X射線強(qiáng)度隨鍍層厚度的增加而增加；而基底元素的熒光X射線的強(qiáng)度則隨鍍層厚度的增加而減弱幾個(gè)納米到幾十微米微電子，電鍍，鍍膜鋼板以及涂料等材料的薄膜層爭(zhēng)論材料分析化學(xué)23清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組薄膜厚度分析材料分析化學(xué)24清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－元素分布圖X射線的限束功能，輻照束斑直徑減小到1mm對(duì)任何指定區(qū)域進(jìn)展小面積逐點(diǎn)進(jìn)展元素測(cè)定形成X射線熒光光譜的元素分布圖材料分析化學(xué)25清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組材料分析化學(xué)26清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－全反射XRF分析外表靈敏性，可以檢測(cè)外表幾個(gè)原子層厚度檢測(cè)靈敏性，可以檢測(cè)到108原子/cm2定量分析效果好可以進(jìn)展外表掃描微電子芯片材料的外表金屬污染的檢測(cè)材料分析化學(xué)27清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組全反射X射線熒光光譜材料分析化學(xué)28清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組全放射X射線熒光光譜材料分析化學(xué)29清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF－元素分析的特性本低強(qiáng)度低，分析靈敏度高，其檢測(cè)限到達(dá)10－5～10－9g/g〔或g/cm3〕；適合于固體和液體材料的分析信號(hào)測(cè)量的重現(xiàn)性好，具有較高的定量分析準(zhǔn)確性具有較好的定性分析力氣，可以分析原子序數(shù)大于3的全部元素?？梢杂行У販y(cè)定薄膜的厚度和組成材料分析化學(xué)30清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組XRF的應(yīng)用礦物成份分析環(huán)境分析陶瓷材料分析催化劑成份分析薄膜厚度測(cè)定材料分析化學(xué)31清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析材料微區(qū)化學(xué)成份分析的重要手段利用樣品受電子束轟擊時(shí)發(fā)出的X射線的波長(zhǎng)和強(qiáng)度，來(lái)分析微區(qū)〔1-30μm3〕中的化學(xué)組成材料分析化學(xué)32清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析微區(qū)分析力氣，1微米量級(jí)分析準(zhǔn)確度高，優(yōu)于2%分析靈敏度高，到達(dá)10－15g，100PPM－1%樣品的無(wú)損性多元素同時(shí)檢測(cè)性可以進(jìn)展選區(qū)分析電子探針分析對(duì)輕元素很不利材料分析化學(xué)33清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析原理當(dāng)高能電子轟擊固體樣品時(shí)，可以把原子中的內(nèi)層激發(fā)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)離子，在退激發(fā)過程中，可以促進(jìn)次外層電子的填充，并伴隨能量的釋放。以X射線形式釋放稱為熒光X射線，也可以激發(fā)次外層的電子放射，稱為俄歇放射。俄歇效應(yīng)和熒光效應(yīng)是互補(bǔ)的，俄歇產(chǎn)率與熒光產(chǎn)率之和為1。對(duì)于輕元素，其俄歇效應(yīng)的幾率較大，對(duì)于重元素X射線熒光放射的幾率較大。材料分析化學(xué)34清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針儀器裝置電子光學(xué)系統(tǒng)〔電子槍和聚焦透鏡〕樣品室〔超高真空〕電子圖像系統(tǒng)〔掃描圖像〕檢測(cè)系統(tǒng)〔X射線能量分析〕數(shù)據(jù)記錄和分析系統(tǒng)材料分析化學(xué)35清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析材料分析化學(xué)36清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針樣品僅限于固體材料不應(yīng)當(dāng)放出氣體，能保證真空度需要樣品有良好的接地可以蒸鍍Al和碳，厚度在20～40nm 作為導(dǎo)電層材料分析化學(xué)37清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析定性分析理論依據(jù)是Moseley定律和Bragg定律

計(jì)算機(jī)自動(dòng)標(biāo)識(shí)人工標(biāo)識(shí)主要針對(duì)干擾線譜線干擾，化學(xué)環(huán)境影響等材料分析化學(xué)38清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析定量分析 依據(jù)熒光X射線強(qiáng)度與元素濃度的線性關(guān)系，可以對(duì)電子探針進(jìn)展定量分析。一般承受標(biāo)準(zhǔn)純物質(zhì)作為基準(zhǔn)樣品，獲得其強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并利用該數(shù)據(jù)可計(jì)算出所測(cè)元素的濃度?？梢岳渺`敏度因子的方法進(jìn)展計(jì)算需要進(jìn)展熒光修正和吸取修正材料分析化學(xué)39清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針成份分布和線掃描分析薄膜分析 成份分析〔不需要進(jìn)展熒光修正和吸取修正〕厚度分析 對(duì)于有基底的薄膜樣品，通過對(duì)薄膜元素以及基底元素信號(hào)強(qiáng)度的計(jì)算，不僅可以獲得薄膜的成份，還可以獲得薄膜的厚度材料分析化學(xué)40清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組電子探針分析的應(yīng)用材料局部區(qū)域的成份分析摩擦材料的元素分布陶瓷材料的偏析顆粒催化劑的成份分布材料分析化學(xué)41清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組其它元素分析方法高頻等離子體質(zhì)譜〔ICP-MS〕 方法主要是利用ICP把待測(cè)元素進(jìn)展電離形成離子，然后通過質(zhì)譜對(duì)離子的質(zhì)荷進(jìn)展測(cè)定。不僅可以很簡(jiǎn)潔鑒別元素成份，也可以獲得很好的定量分析結(jié)果。同時(shí)分析樣品中的全部元素 分析精度到達(dá)1%， 檢測(cè)限可以到達(dá)pg量級(jí)材料分析化學(xué)42清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組其它元素分析方法X射線能譜分析〔EDAX〕 與電子顯微鏡結(jié)合〔SEM，TEM〕 進(jìn)展微區(qū)成份分析 分析電子束激發(fā)產(chǎn)生的X射線能量定性和定量分析 一次全分析材料分析化學(xué)43清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組常用元素分析方法總結(jié)原子吸取光譜原子放射光譜X射線熒光光譜電子探針分析X射線能譜分析高頻等離子體質(zhì)譜材料分析化學(xué)44清華大學(xué)化學(xué)系外表材料組參考文獻(xiàn)B.威爾茨著，李家熙等譯，《原子吸取光譜法》，地質(zhì)出版社，1989徐秋心主編，《有用放射光譜分析》，四川科學(xué)技