X-射线荧光光谱仪基本原理及应用精选.ppt

X-射线荧光光谱仪基本原理及应用 1 基础理论与知识 莫塞莱定律表达式 1913 年英国物理学家H.莫塞莱研究了许多种元素的X射线标识谱（见X射线谱），发现谱线频率的二次方根与该元素在元素周期表中排列的顺序号成线性关系。他认识到这些标识谱是由于原子内层电子跃迁而产生。莫塞莱把各元素的Kα线系和Lβ线系的频率表达为： vKα=Rc(Z－σK)2(1/12－1/22) vLβ=Rc(Z－σL)2(1/22－1/32) 式中R是里德伯常数，Z是原子序数，σ是屏蔽因子，c是光速。他发现各元素σK和σL分别都近似等于1和7.4。对于其他线系则不再适用。 布拉格方程 2 仪器构造与原理 2.1 激发光源 2.3 检测记录系统 2.6 X射线荧光光谱的应用 广泛应用于地质、冶金、矿山、电子机械、石油、化工、航空航天材料、农业、生态环境、建筑材料、商检等领域的材料化学成分分析。 3 样品制备与分析 3.4 仪器生产厂家及仪器型号 * LOGO 基础理论与知识 1 2 3 4 仪器构造与原理 样品制备与分析 案 例 分 析 当一束高能粒子与原子相互作用时，如果其能量大于或等于原子某一轨道电子的结合能，将该轨道电子逐出，对应的形成一个空穴，使原子处于激发状态。K层电子被击出称为K激发态，同样L层电子被击出称为L激发态。此后在很短时间内，由于激发态不稳定，外层电子向空穴跃迁使原子恢复到平衡态，以降低原子能级。当空穴产生在K层，不同外层的电子（L、M、N…层）向空穴跃迁时放出的能量各不相同，产生的一系列辐射统称为K系辐射。同样，当空穴产生在L层，所产生一系列辐射则统称为L系辐射。当较外层的电子跃迁（符合量子力学理论）至内层空穴所释放的能量以辐射的形式放出，便产生了X 荧光。X荧光的能量与入射的能量无关，它只等于原子两能级之间的能量差。由于能量差完全由该元素原子的壳层电子能级决定，故称之为该元素的特征X射线，也称荧光X射线或X荧光。 基础理论与知识 1 莫塞莱定律 布拉格定律 朗伯-比尔定律 利用X射线荧光进行元素定性、定量分析工作，需要以下三方面的理论基础知识： 三大定律 1 2 3 莫塞莱定律(Moseleys law)，是反映各元素X射线特征光谱规律的实验定律。1913 年H.G.J.莫塞莱研究从铝到金的38种元素的X射线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。 莫塞莱认识到这些X 射线特征光谱是由于内层电子的跃迁产生的，表明X射线的特征光谱与原子序数是一一对应的，使X荧光分析技术成为定性分析方法中最可靠的方法之一。 布拉格定律(Braggs law)是反映晶体衍射基本关系的理论推导定律。1912年英国物理学家布拉格父子(W.H. Bragg和W.L. Bragg)推导出了形式简单，能够说明晶体衍射基本关系的布拉格定律。此定律是波长色散型X荧光仪的分光原理，使不同元素不同波长的特征X荧光完全分开，使谱线处理工作变得非常简单，降低了仪器检出限。 此式的物理意义在于：规定了X射线在晶体内产生衍射 的必要条件，只有d、θ、λ同时满足布拉格方程时， 晶体才能产生衍射。 比尔-朗伯定律（Berr-Lamberts law）是反应样品吸收状况的定律，涉及到理论X射线荧光相对强度的计算问题。 当X射线穿过物质时，由于物质产生光电效应、康普顿效应及热效应等，X射线强度会衰减，表现为改变能量或者改变运动方向，从而使向入射X射线方向运动的相同能量X射线光子数目减少，这个过程称作吸收。 对于任意一种元素，其质量吸收系数随着波长的变化有着一定数量的突变，当波长（或者说能量）变化到一定值时，吸收的性质发生了明显变化，即发生突变，发生突变的波长称为吸收限（或称吸收边），在各个吸收限之间，质量吸收系数随波长的增大而增大。对于X射线荧光分析技术来说，原级射线传入样品的过程中要发生衰减，样品被激发后产生的荧光X射线在传出样品的过程中也要发生衰减，由于质量吸收系数的不同，使得元素强度并不是严格的与元素浓度成正比关系，而是存在一定程度的偏差。因而需要对此效应进行校正，才能准确的进行定量分析。 分类 用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长（或能量）分开，分别测量不同波长（或能量）的X射线的强度，以进行定性和定量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。 能量色散型 波长色散型 波长色散型 能量色散型 两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。 灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩内，灯丝和靶极之间加高压（一般为40KV），灯丝发射