XRF光譜儀基本原理及結(jié)構(gòu)

1、 ROHS測試儀分析原理 1.0 XRF介紹：1.1 XRF射線的發(fā)現(xiàn)： 1895年德國物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)X射線。 1896年法國物理學(xué)家GEORGES S 發(fā)現(xiàn)X射線熒光。 1948年，美國海軍實(shí)驗(yàn)室弗利德曼和伯克斯應(yīng)用蓋克計(jì)數(shù)器開發(fā)出第一臺波長色散X射線工熒光光譜儀。 20世紀(jì)七年代末，我國開始引入X射線熒光光譜儀。1.2 X射線熒光光譜儀的種類（按規(guī)模分）： 便攜式工熒光能譜儀：同位素源為激發(fā)源，體積小巧，便于攜帶，不能達(dá)到大型熒光能譜的分析精度，定性半定量，可同時(shí)分析黃金（AU）等24種元素，主量元素分析準(zhǔn)確度可達(dá)1%以內(nèi)。 小型管激發(fā)X-熒光能譜儀：探測器采用正比計(jì)數(shù)管技術(shù)，體積較小，

2、價(jià)格便宜，單元素的高含量的分析，分辨率較差，不能對相鄰元素進(jìn)行分析，不能進(jìn)行多元素分析，一般僅對一個(gè)元素進(jìn)行半定量分析。 大型X-熒光能譜儀：采用SI（LI）探測器技術(shù)，很高的穩(wěn)定性，很高的靈敏度，準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性，可同時(shí)分析NA-U的各種元素，分析的濃度從100%-PPM級。 微區(qū)X-熒光能譜儀：從事材料的平均成份分析，可對微區(qū)選擇的分析，價(jià)格較高。1.4 XRF儀器品牌：SeiKo (日本精工)：臺式 Horiba（日本掘場）：臺式Skyray（中國天瑞）：臺式 Niton （美國尼通）：手持式 Innov（美國伊洛維）：手持式Shimadzu（日本島津）：臺式不需前處理非破壞性分析被測樣品

3、X射線X射線管檢測器1.5 XRF測試的優(yōu)勢：全元素同時(shí)分析可對應(yīng)固體，粉末，液體X熒光射線2.0 XRF光譜原理：2.1 什么是X射線？X射線的本質(zhì)是電磁輻射波，與可見光相似，僅是波長不同而已。X射線波長：0.01nm-40.0nm X射線能量：124Kev-0.124Kev X射線與物質(zhì)作用時(shí)，產(chǎn)生各種不同的和復(fù)雜的過程。就其能量轉(zhuǎn)換而言，一束X射線通過物質(zhì)時(shí)，可分為三部分： 1.透過物質(zhì)按原來方向傳播-X射線透射：拍攝醫(yī)學(xué)透視照片，機(jī)場安全管理或工業(yè)上作為材料內(nèi)部品質(zhì)鑒定。 2.被散射-X射線衍射：利用散亂X射線得到物質(zhì)的結(jié)晶信息(構(gòu)造） 3.被吸收從而產(chǎn)生熒光X射線-X射線熒光：元素組

4、成和鍍層厚度等信息2.2 X射線熒光的產(chǎn)生： 當(dāng)能量高于原子內(nèi)層電子結(jié)合能的高能X射線與原子發(fā)生碰撞時(shí)，驅(qū)逐一個(gè)內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個(gè)空穴，使整個(gè)原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)然后核外電子自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)。當(dāng)較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收，而是以輻射的形式放出，便產(chǎn)生X射線熒光，其能量等于兩能級之間的能量差。 因此，X射線熒光的能量或波長是特征性的，與元素有一一對應(yīng)的關(guān)系。 原子的組成簡圖：K層L層原子核M層N層2.3 特征光譜的產(chǎn)生： 碰撞 躍遷 （高） 空穴 躍遷 （低） 不同元素具有自己的特征譜線-定性基礎(chǔ)。 2.4 熒光X射線的波長與元素的原子序數(shù)的

5、關(guān)系： 莫斯萊定律：隨著原子序數(shù)的增大，熒光X射線的波長減小，而對應(yīng)的能量增大2.5 定量分析：熒光X射線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量成正比。 含A元素越多的話，元素A的X射線熒光也就越強(qiáng)。3. 0 XRF光譜儀的構(gòu)造： X熒光具有一定的波長，同時(shí)也具有一定的能量波長色散型（WDXRF)：按照波長的差異進(jìn)行分離和檢測能量色散型（EDXRF)：按照能量的差異進(jìn)行分離和檢測 3.1 儀器的主要部件： 激發(fā)源，分光系統(tǒng)，濾波器/二次靶，檢測器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 波長色散型：晶體分光器通過晶體衍射現(xiàn)象把不同波長的X射線分開 能量色散型：依靠樣品X射線熒光能量來檢測3.1.0 XRF光譜儀的構(gòu)造激發(fā)源 X射線

6、管（激發(fā)源）的結(jié)構(gòu) 冷卻水進(jìn) 冷卻水出陽極 X射線管結(jié)構(gòu)示意圖鎢絲加熱電源高壓 X射線X射線來源：連續(xù)譜靶元素特征輻射3.1.1 X射線管（光源）的靶材1.單一的靶材：分析重元素：鎢靶 分析輕元素：鉻靶 靶材的原子序數(shù)越大，X光管壓越高，連續(xù)譜強(qiáng)度越大。表 各種靶材適合的分析元素范圍3.1.2 復(fù)合靶材：如CrMo靶 低壓情況下，主要由CR靶產(chǎn)生特征X射線光譜，激發(fā)輕元素高壓情況下，主要由MO靶產(chǎn)生連續(xù)譜，激發(fā)重元素 3.1.3 常用的不同靶材X光管適用的范圍：3.1.4 X射線管的要求： 要求能夠連續(xù)地工作于較高的功率水平提供較大的X射線能量在保證X射線管使用壽命的情況下，窗用玻璃鈹片應(yīng)盡可

7、能的薄靶材純度要高， 雜質(zhì)譜線的強(qiáng)度應(yīng)小于總強(qiáng)度的1% X射線管的使用： 燈絲和靶極密封在抽成真空的金屬罩內(nèi) 燈絲發(fā)射的電子經(jīng)高壓加速撞擊在靶極上，產(chǎn)生一次X射線 只有當(dāng)一次X射線的波長稍短于受激元素的吸收限波長時(shí)，才能有效地激發(fā)出X射線熒光 靶極和管工作電壓決定了一次X射線的強(qiáng)度 X射線管所消耗功率的0.2%轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線，其余均轉(zhuǎn)換為熱能，因此必須不斷通冷卻水冷卻靶電極(與激發(fā)源結(jié)構(gòu)圖結(jié)合在一起理解） 3.1.5 XRF光譜儀的構(gòu)造濾波器 濾波器的作用消除或降低來自X射線管發(fā)射的原級X射線譜，尤其是靶材的特征X射線對待測元素的干擾，可改善峰背比，提高分析的靈敏度。 濾波片的位置： 激發(fā)源與樣

8、品之間（初級濾波片） 樣品與檢測器之間（次級濾波片） 濾波片的分類：初級濾波片：置于X射線管與樣品之間，是為了得到單色性更好的輻射和降低分析元素譜感興趣區(qū)內(nèi)的原級譜散射引起的背景。 次級濾波片：置于樣品與檢測器之間，主要用于非色譜儀，有得于對試樣中產(chǎn)生的多元素X射線熒光譜線進(jìn)行能量選擇，提高待測元素的測量精度。 初級濾光片作用一：抑制Rh的譜線 作用二：降低背景 利于濾波器（特定的金屬薄片）使背景大幅度減少濾波器1可以檢測出PE中5ppm Pb濾波器2可以檢測出PE中2ppm Cd無濾波器則難檢測出3.1.6 探測器的作用： 將X射線熒光光量子轉(zhuǎn)變成一定形狀和數(shù)量的電脈沖，表征X射線熒光的能量和強(qiáng)度。 常用探測器種類： 正比計(jì)數(shù)器（流氣式或封閉式，PC） 閃爍計(jì)數(shù)器（SD)半導(dǎo)體計(jì)數(shù)器（SSD)探測器特點(diǎn)：1.在所測量的能量范圍內(nèi)具有較高 的探測效率2.具有良好的能量線性和能量分辨率3.具有良好的高計(jì)數(shù)率，死時(shí)間較短4.具有較高的信噪比，要