X射線熒光光譜分析分析-課件

X射線熒光光譜分析——儀器分析林夢婕王巧煌2014.04.111ppt課件X射線熒光光譜分析林夢婕王巧煌1ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述2ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線概述

X射線光譜分析發(fā)展大事記

1895年，倫琴發(fā)現X射線。

1908年，巴克拉（C.G.Barkla）和沙特拉（Sadler）發(fā)現物質受X射線輻照后會發(fā)射出和物質中組成元素相關的特征譜線。

1912年，勞厄（M.VonLoue）發(fā)現了晶體對X

射線的衍射現象，證實了X射線是一種電磁波，具有波動性，并可用晶體作為X射線衍射光柵。

1913年，布拉格（W.L.Bragg，W.H.Bragg）父子建立布拉格定律。3ppt課件概述X射線光譜分析發(fā)展大事記1895年，倫琴發(fā)現X射概述

X射線光譜分析發(fā)展大事記

1913年，莫塞萊（Moseley）研究了各種元素的特征光譜，發(fā)現了莫塞萊定律，奠定了X射線光譜分析的基礎。

1928年，蓋革（H.Geiger）等首次提出用充氣記數管代替照相干板法來進行X射線的測量。

1948年，弗里德曼（H.Friedman）和伯克斯制出第一臺商品X射線熒光光譜儀。

1966年，勃勞曼（Browman）等將發(fā)射性同位素源和Si（Li）探測器結合使用。4ppt課件概述X射線光譜分析發(fā)展大事記1913年，莫塞萊（Mos概述

X射線光譜分析發(fā)展大事記1969年，伯克斯（Birks）等研制出第一臺能量射線熒光光譜儀。

1971年，首次報導將全反射技術應用在少量樣品的痕量分析上。

1974年，首先把偏振技術應用于能量色散X射線熒熒光分析。5ppt課件概述X射線光譜分析發(fā)展大事記1969年，伯克斯（Bir概述

布拉格定律：

布拉格定律（Bragg’slaw）是反映晶體衍射基本關系的理論推導定律。1912年英國物理學家布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.Bragg）推導出了形式簡單，能夠說明晶體衍射基本關系的布拉格定律。此定律是波長色散型X熒光儀的分光原理，使不同元素不同波長的特征X熒光完全分開，使譜線處理工作變得非常簡單，降低了儀器檢出限。6ppt課件概述布拉格定律：布拉格定律（Bragg’s概述

布拉格定律：

n：衍射次數，為整數λ：入射波的波長

d：原子晶格內的平面間距θ：入射波與散射平面間的夾角7ppt課件概述布拉格定律：n：衍射次數，為整數概述

圖1布拉格衍射

兩束相同波長及相的輻射，向著固態(tài)晶體前進，最后被里面的兩個原子所散射出去。下面的束被散射后，比上面的束多行了2dsinθ的距離。當這個距離等于輻射波長的倍數時，散射后的兩束輻射就會產生相長干涉。8ppt課件概述圖1布拉格衍射兩束相概述

莫塞萊定律：

莫塞萊定律（Moseley’slaw），是反映各元素X射線特征光譜規(guī)律的實驗定律。1913年H.G.J莫塞萊研究從鋁到金的38種元素的X射線特征光譜K和L線，得出譜線頻率的平方根與元素在周期表中排列的序號成線性關系。Z為元素的原子序數；

ν是頻率，主譜線或K

殼層

X-射線發(fā)射譜線的頻率；

K1﹑K2是依不同種類的譜線而設定的常數。9ppt課件概述莫塞萊定律：莫塞萊定律（概述

莫塞萊定律：

莫塞萊認識到這些X射線特征光譜是由于內層電子的躍遷產生的，表明X射線的特征光譜與原子序數是一一對應的，使X熒光分析技術成為定性分析方法中最可靠的方法之一。10ppt課件概述莫塞萊定律：莫塞萊認識到這些X射線概述

我國X射線光譜分析的發(fā)展

起步于20世紀50年代末中科院長春應用化學研究所等單位先后從蘇聯引進原級X射線光譜儀。

20世紀60年代初李安模、馬光祖等人著手進行我國第一臺X射線熒光光譜儀的研制。此后，相關研究所歐洲和日本等引進商品X射線熒光光譜儀，進行大量應用研究和技術開發(fā)。11ppt課件概述我國X射線光譜分析的發(fā)展起步于20世紀50年代末概述

我國X射線光譜分析的發(fā)展

20世紀80年代我國X射線熒光光譜分析研究非?；钴S并取得長足進步，在理論研究，輕元素分析，基體軟件的開發(fā)，國外交流取得巨大進步。

現在

X射線熒光光譜分析應用十分廣泛，研發(fā)和應用工作正緊緊和世界先進水平同步進行。12ppt課件概述我國X射線光譜分析的發(fā)展20世紀80年代12ppt5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述13ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線X射線的特征

X射線波長14ppt課件X射線的特征X射線波長14ppt課件X射線的特征

X射線特性

感光作用X射線能使照相底片感光變黑電離作用X射線能電離氣體熒光作用X射線照射NaI、ZnS等物質產生接近可見光熒光

衍射作用X射線通過晶體時發(fā)生衍射折射率接近1X射線通過不同介質時幾乎不折射穿透能力強X射線能夠穿透許多材料15ppt課件X射線的特征X射線特性感光作用X射線X射線的特征

X射線強度

在X射線熒光光譜分析中，X射線強度是以單位時間通過探測器窗口的入射X射線光子數，即計數率來表示。

計數率cps或kcps，是指每秒計數或千每秒計數

X射線強度所用的符號通常為I，Ii是指i元素的

強度。16ppt課件X射線的特征X射線強度在X射線熒光光譜分析中，X射線強度光譜是一系列有規(guī)律排布的光，如雨后的彩虹。17ppt課件17ppt課件X射線熒光光譜原理

X射線光譜

X射線的產生

當高速運動的電子或帶電粒子(如質子、α粒子等)轟擊物質時其運動受阻，和物質發(fā)生能量交換，電子的一部分動能轉變成為X射線光子輻射能，以X射線形式輻射出來。

18ppt課件X射線熒光光譜原理X射線光譜X射線的產生18ppt課件X射線熒光光譜原理

真空條件下，在陽極靶和陰極燈絲之間加上一高電壓，陰極燈絲在管電流的作用下，發(fā)射出大量加速電子，轟擊靶面，產生X射線。圖2X射線的產生

從X射線管輻射的一次X射線(也被稱作初級X射線，原級X射線)是由兩種本質完全不同的X射線組成。一種為連續(xù)譜線，另一種是特征譜線。19ppt課件X射線熒光光譜原理真空條件下，在陽極靶和陰極燈X射線熒光光譜原理

連續(xù)光譜①X射線管中所加的管電壓在較低時只產生連續(xù)光譜。②由某個最短波長為起端包括強度隨波長連續(xù)變化的譜線組成。

特征X射線①所加管電壓≥X射線管的陽極材料激發(fā)電勢時，特征X射線光譜以疊加在連續(xù)譜之上的形式出現。②是若干波長一定而強度較大的X射線線譜。20ppt課件X射線熒光光譜原理連續(xù)光譜20ppt課件X射線熒光光譜原理

特征熒光X射線同樣為特征譜線，特征熒光X射線和靶材的特征譜線不同之處在于前者是射線陰極發(fā)出的電子對靶材元素原子內層的激發(fā)，而特征熒光X射線是由X射線管發(fā)出的一次X射線（原級X射線）激發(fā)樣品而產生的具有樣品元素特征的二次X射線。21ppt課件X射線熒光光譜原理特征熒光X射線同樣為特征譜線，特征熒光XX射線熒光光譜原理

X射線熒光的產生

原子中的內層（如K層）電子被X射線輻射電離后在K層產生一個空穴。外層（L層）電子填充K層空穴時，會釋放出一定的能量，當該能量以X射線輻射釋放出來時產生具有該元素特征的二次X射線，也就是特征熒光X射線。

圖3特征熒光X射線的產生22ppt課件X射線熒光光譜原理X射線熒光的產生圖3特征熒光X射線的產X射線熒光光譜原理

特征X射線的符號23ppt課件X射線熒光光譜原理特征X射線的符號23ppt課件X射線熒光光譜原理特征X射線譜系的命名：位于某殼層的電子被激發(fā)稱為某系激發(fā)，產生的X射線輻射稱為某系譜線。例如：一次X射線逐出K層電子，外層向K層躍遷產生的熒光X射線為K系線，逐出L層電子，外層向L層躍遷的為L系線……。24ppt課件X射線熒光光譜原理特征X射線譜系的命名：24ppt課件X射線熒光光譜原理特征譜線線系中的某條譜線是指由外層、次外層……電子填充空穴，就在對應譜線下方注上希臘字母α、

β、

γ……例如：L層向K層躍遷為Kα，M層向K層為Kβ。而譜線右下方所標的是支能級序數，是指電子填空前處于電子層的各支能級。例如：L層有三個支能級，其中LI能級穩(wěn)定，不產生電子躍遷，電子從LⅢ、LⅡ躍遷產生Ka1和Ka2

。25ppt課件X射線熒光光譜原理特征譜線線系中的某條譜線是指由外層、次外層X射線熒光光譜分析的特點優(yōu)點：是一種無損檢測技術；分析速度快，分析精度高，重現性好；可分析塊狀、粉末、液體樣品，適于各類固體樣品主、次、痕量多元素同時測定；可分析鍍層和薄膜的組成和厚度；制作方法簡單。X射線熒光光譜法缺點：檢出限不夠低，不適于分析輕元素；依賴標樣，分析液體樣品比較麻煩。26ppt課件X射線熒光光譜分析的特點優(yōu)點：X射線熒光光譜法缺點：26pp5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述27ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀28ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

簡介根據X射線衍射原理，用分光晶體為色散元件，以布拉格定律2dsinθ=nλ為基礎，對不同波長特征譜線進行分光，然后進行探測。

有分辨率好，靈敏度高等優(yōu)點29ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀簡介根據X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

簡介分類——掃描型譜儀多元素同時分析儀（多道譜儀）

圖4掃描型譜儀

圖5多元素同時分析譜儀30ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀簡介分類——X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

儀器組成圖6波長色散型譜儀原理圖示31ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀儀器組成圖6波X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

儀器組成激發(fā)系統(tǒng)分光系統(tǒng)探測系統(tǒng)儀器控制和數據處理系統(tǒng)發(fā)出一次X射線，激發(fā)樣品對來自樣品元素特征X射線進行分辨對樣品元素的特征X射線進行強度探測處理探測器信號，給出分析結果32ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀儀器組成激發(fā)系統(tǒng)X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

儀器組成（1）激發(fā)系統(tǒng)：X射線發(fā)生器、X射線管和熱交換器等部件組成。（2）分光系統(tǒng)：分光晶體、限制光欄、準直器和衰減器等。（3）探測系統(tǒng)：探測高壓、探測器、次級準直器和相關電子學線路等組成。（4）儀器控制及數據處理系統(tǒng)33ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀儀器組成（1）激X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀X射線發(fā)生器

給X射線提供高壓和電流并保持電壓和電流穩(wěn)定的裝置，是儀器的一項重要指標。

一般X射線發(fā)生器最大輸出功率有3kW或4kW。與之相配的最大額定電壓為60～100kV，最大額定電流為80～160mA。

34ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀X射線發(fā)生器X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀X射線管根據X射線出口窗的位置，X射線管分為側窗型(sidewindowtube，SWT)和端窗型(endwindowtube，EWT)。

圖7側窗型X射線管

圖8端窗型X射線管

35ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀X射線管X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀X射線管X射線管輻射的X射線強度和電子轟擊靶面的入射角和X射線的出射角、Be窗的厚度、Be窗和靶面的距離以及Be窗和樣品的距離有關

透射靶X射線管：窗口與陽極靶零距離，提高激發(fā)效率，應用于低功率波長色散譜儀。

圖9陽極元素在鈹窗上的沉積36ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀X射線管X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

熱交換器

陽極靶的冷卻作用

端窗型X射線管：電導率很低的去離子水

側窗型X射線管：普通水

37ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀熱交換器X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

準直器

圖10準直器38ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀準直器圖X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

準直器一級準直器二級準直器在樣品和晶體之間（該準直器又稱為入射狹縫）作用：是將樣品發(fā)射出的X射線熒光通過準直器變?yōu)槠叫泄馐丈涞骄w在分光晶體之后（又稱為出射狹縫）作用：是將晶體分光后的光束變?yōu)槠叫泄馐M入探測器39ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀準直器一級準直器X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

分光晶體一種單色器，相當于光學發(fā)射光譜中的分光單元棱鏡或光柵，把來自樣品各元素的特征譜線按照布拉格衍射原理進行分光，被測元素在特定的布拉格角被探測。40ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀分光晶體X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

分光晶體選擇：衍射強度大分辨率高峰背比高溫度效應小合適的波長范圍41ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀分光晶體選擇：X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀不同波長的熒光X射線必須選擇與其匹配的分光晶體42ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀不同波長的熒光X射X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

分光晶體分類：平面晶體：結構簡單，掃描型譜儀

曲面晶體：衍射強度和分辨率較高

多層晶體：常用于長波段輕元素或

超輕元素分析43ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀分光晶體分類：X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

探測器一種變化能量形式的裝置把X射線光子信號轉換成可計量測定的電脈沖信號44ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀探測器一X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

探測器分類：充氣型正比計數器閃爍計數器氣流型正比計數器封閉型正比計數器PC（gasProportionalCounter）FPC（gasFlowProportionalCounter）SPC（SealedProportionalCounter）SC（ScitillationCounter）45ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀探測器分類：X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

探測器充氣型正比計數器常用來對長波和超長波X射線探測，尤其是氣流型正比計數器有較高的能量分辨率并對輕元素有較高的技術效率

閃爍計數器常用于探測較高原子序數的元素，探測波長相對較短。46ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀探測器充X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

測角儀測角儀是按照分光幾何學的要求，驅動或配置與分析元素相匹配的分光晶體及探測器等的精密機械裝置。

多道同時分析型譜儀，由于元素分析線已確定，分光晶體、狹縫及探測器的相對位置固定；

對掃描型儀器，由于其配件位置的可變性，測角儀是保證分析精度和準確性的一個十分關鍵的部件。47ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀測角儀測X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀日本島津國際貿易有限公司型號：XRF-180048ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀日本島津國際貿易有X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀主要配置：LiF、Ge、PET、TAP、SX-52及SX-98N6塊分光晶體；FPC、SC檢測器；液體樣品盒；微區(qū)刻度尺主要性能指標：1、檢測元素范圍：4Be-92U2、元素含量范圍：0.0001%-100%3、最大掃描速度：300°/min49ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀主要配置：49ppX射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀50ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

簡介

其儀器能量選擇是以下列公式為基礎：式中：VPH為探測器輸出的脈沖高度；E為被探測x射線能量(keV)；λ為波長(nm)。：51ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀簡介其儀器能量X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

簡介

來自樣品元素的熒光X射線進入探測器，多道分析器各通道同時計數，進行多元素同時測量，通過探測不同能量水平的脈沖及數值進行定性和定量分析。52ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀簡介來X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

特點結構緊湊、移動方便?？捎霉β瘦^小的激發(fā)源。

半導體探測器

多道分析器分析從11Na到92U，濃度范圍從0.Xppm到100％。53ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀特點結構X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

儀器組成圖11能量色散型譜儀原理圖示54ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀儀器組成圖11X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

儀器組成（1）X射線發(fā)生激發(fā)部分（2）樣品元素譜線的探測部分（3）數據處理部分55ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀儀器組成（1）XX射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

激發(fā)源各種不同類型的能量色散熒光光譜分析系統(tǒng)有不同的配置，激發(fā)源有X射線管、同位素放射源、加速器產生的帶電粒子激發(fā)及同步輻射等。主要討論應用比較廣泛的X射線管激發(fā)和同位素激發(fā)源。56ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀激發(fā)源各X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

激發(fā)源①X射線管：

初級線的強度較高，相應的能量范圍也較寬，并可調，分析靈敏度較高，適合于多元素分析，并具有使用安全可靠，便于攜帶等優(yōu)點

激發(fā)方式：直接激發(fā)、二次靶激發(fā)和偏振激發(fā)等。57ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀激發(fā)源①X射線管X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

激發(fā)源②放射性同位素激發(fā)源：

放射性同位素激發(fā)源的工作原理是利用源物質放射性衰變過程中發(fā)射的X射線、γ射線或β粒子等作為激發(fā)源。

結構簡單，體積小，本身不需要外部電源，但為了安全，選用放射源活性和輻射通量不能太高，且源輻射的能量比較窄，所以一種源往往只適用少數元素。58ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀激發(fā)源②放射性同X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

探測器

樣品輻射的不同元素的熒光X射線具有不同的能量

探測器是利用其產生脈沖信號的幅度和入射X射線光子能量成正比而被采用

常用固態(tài)半導體探測器：如鋰漂移硅或鍺探測器(Si(Li)、Ge(Li))59ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀探測器X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

探測器

半導體探測器有兩個電極，加有一定的偏壓。當入射粒子進入半導體探測器的靈敏區(qū)時，即產生電子-空穴對。在兩極加上電壓后，電荷載流子就向兩極作漂移運動﹐收集電極上會感應出電荷，從而在外電路形成信號脈沖。

半導體探測器中，入射粒子產生一個電子－空穴對所需消耗的平均能量為氣體電離室產生一個離子對所需消耗的十分之一左右，因此半導體探測器比閃爍計數器和氣體電離探測器的能量分辨率好得多。60ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀探測器半X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

多道分析器一個多窗口、多通道的分析器，

不同元素、不同能量的X射線光子具有不同的脈沖高度，進入模一數轉換器ADC(Analog—to-DigitalConverter)后，以數字的形式進入并存儲在多道分析器各自的通道，相同的脈沖高度進入同一通道。61ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀多道分析器X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀62ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀62ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述63ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線X射線熒光光譜分析的應用

XRF分析主要應用領域

電子和磁性材料：存儲器、磁盤、硅片、集成電路等。

化學工業(yè)：催化劑、聚合物、醫(yī)藥、涂料、油脂、洗滌劑、化妝品。

陶瓷和水泥工業(yè)：高鋁材料、玻璃、耐火材料、水泥等。

鋼鐵工業(yè)：普通鋼、特種鋼、鐵合金、鐵礦石、爐渣等。

非鐵合金：記憶合金、銅合金、貴金屬等。

地質礦業(yè)：礦石、巖石、火山灰等。64ppt課件X射線熒光光譜分析的應用XRF分析主要應用領域電子和磁性X射線熒光光譜分析的應用

XRF分析主要應用領域

石油和煤：油脂、潤滑油、燃料油、重油、煤、煤灰等。

環(huán)境：自來水、海水、排放水、大氣飄塵、工業(yè)廢棄物物等。

其它：土壤、植物、生物體、食物、文物、核電等。65ppt課件X射線熒光光譜分析的應用XRF分析主要應用領域石油和煤：X射線熒光光譜分析的新應用

在材料及毒性物品監(jiān)測中的應用

XRF技術適于監(jiān)控相關材料中的有毒有害元素的含量，已廣泛應用于實際生產質量控制。作為一種無損檢測技術，XRF可直接用于安檢、珠寶文物、大型器件探傷等原位分析。66ppt課件X射線熒光光譜分析的新應用在材料及毒性物品監(jiān)測中的應用XX射線熒光光譜分析的新應用

在生物、生命及環(huán)境領域中的應用

XRF技術已成功應用于環(huán)境、食物鏈、動植物、人體組織細胞及器官、生物醫(yī)學材料、代謝產物中的無機元素測定。

XRF分析專家們已廣泛開展分析數據與所包含信息的相關性研究，為環(huán)境預測與治理等提供科學依據。67ppt課件X射線熒光光譜分析的新應用在生物、生命及環(huán)境領域中的應用思考題⑴簡述X射線熒光光譜法的優(yōu)缺點。答：優(yōu)點有：是一種無損檢測技術；分析速度快，分析精度高，重現性好；可分析塊狀、粉末、液體樣品，適于各類固體樣品主、次、痕量多元素同時測定；可分析鍍層和薄膜的組成和厚度；制作方法簡單。缺點有：檢出限不夠低，不適于分析輕元素；依賴標樣，分析液體樣品比較麻煩。68ppt課件思考題⑴簡述X射線熒光光譜法的優(yōu)缺點。答：優(yōu)點有：是一種無思考題⑵簡述波長型與能量型的X射線熒光光譜分析的差異。答：在X射線產生的物理基礎方面，波長型和能量型的X射線熒光光譜分析相同，所不同的是波長色散型儀器是根據布拉格定律用分光晶體對樣品中不同元素所輻射的熒光X射線進行色散、探測，而能量色散型儀器是用固體半導體探測器等直接探測X射線，通過多道分析器進行能量甄別與測量。69ppt課件思考題⑵簡述波長型與能量型的X射線熒光光譜分析答：在敬請老師同學批評指正！謝謝！70ppt課件敬請老師同學批評指正！70ppt課件X射線熒光光譜分析——儀器分析林夢婕王巧煌2014.04.1171ppt課件X射線熒光光譜分析林夢婕王巧煌1ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述72ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線概述

X射線光譜分析發(fā)展大事記

1895年，倫琴發(fā)現X射線。

1908年，巴克拉（C.G.Barkla）和沙特拉（Sadler）發(fā)現物質受X射線輻照后會發(fā)射出和物質中組成元素相關的特征譜線。

1912年，勞厄（M.VonLoue）發(fā)現了晶體對X

射線的衍射現象，證實了X射線是一種電磁波，具有波動性，并可用晶體作為X射線衍射光柵。

1913年，布拉格（W.L.Bragg，W.H.Bragg）父子建立布拉格定律。73ppt課件概述X射線光譜分析發(fā)展大事記1895年，倫琴發(fā)現X射概述

X射線光譜分析發(fā)展大事記

1913年，莫塞萊（Moseley）研究了各種元素的特征光譜，發(fā)現了莫塞萊定律，奠定了X射線光譜分析的基礎。

1928年，蓋革（H.Geiger）等首次提出用充氣記數管代替照相干板法來進行X射線的測量。

1948年，弗里德曼（H.Friedman）和伯克斯制出第一臺商品X射線熒光光譜儀。

1966年，勃勞曼（Browman）等將發(fā)射性同位素源和Si（Li）探測器結合使用。74ppt課件概述X射線光譜分析發(fā)展大事記1913年，莫塞萊（Mos概述

X射線光譜分析發(fā)展大事記1969年，伯克斯（Birks）等研制出第一臺能量射線熒光光譜儀。

1971年，首次報導將全反射技術應用在少量樣品的痕量分析上。

1974年，首先把偏振技術應用于能量色散X射線熒熒光分析。75ppt課件概述X射線光譜分析發(fā)展大事記1969年，伯克斯（Bir概述

布拉格定律：

布拉格定律（Bragg’slaw）是反映晶體衍射基本關系的理論推導定律。1912年英國物理學家布拉格父子（W.H.Bragg和W.L.Bragg）推導出了形式簡單，能夠說明晶體衍射基本關系的布拉格定律。此定律是波長色散型X熒光儀的分光原理，使不同元素不同波長的特征X熒光完全分開，使譜線處理工作變得非常簡單，降低了儀器檢出限。76ppt課件概述布拉格定律：布拉格定律（Bragg’s概述

布拉格定律：

n：衍射次數，為整數λ：入射波的波長

d：原子晶格內的平面間距θ：入射波與散射平面間的夾角77ppt課件概述布拉格定律：n：衍射次數，為整數概述

圖1布拉格衍射

兩束相同波長及相的輻射，向著固態(tài)晶體前進，最后被里面的兩個原子所散射出去。下面的束被散射后，比上面的束多行了2dsinθ的距離。當這個距離等于輻射波長的倍數時，散射后的兩束輻射就會產生相長干涉。78ppt課件概述圖1布拉格衍射兩束相概述

莫塞萊定律：

莫塞萊定律（Moseley’slaw），是反映各元素X射線特征光譜規(guī)律的實驗定律。1913年H.G.J莫塞萊研究從鋁到金的38種元素的X射線特征光譜K和L線，得出譜線頻率的平方根與元素在周期表中排列的序號成線性關系。Z為元素的原子序數；

ν是頻率，主譜線或K

殼層

X-射線發(fā)射譜線的頻率；

K1﹑K2是依不同種類的譜線而設定的常數。79ppt課件概述莫塞萊定律：莫塞萊定律（概述

莫塞萊定律：

莫塞萊認識到這些X射線特征光譜是由于內層電子的躍遷產生的，表明X射線的特征光譜與原子序數是一一對應的，使X熒光分析技術成為定性分析方法中最可靠的方法之一。80ppt課件概述莫塞萊定律：莫塞萊認識到這些X射線概述

我國X射線光譜分析的發(fā)展

起步于20世紀50年代末中科院長春應用化學研究所等單位先后從蘇聯引進原級X射線光譜儀。

20世紀60年代初李安模、馬光祖等人著手進行我國第一臺X射線熒光光譜儀的研制。此后，相關研究所歐洲和日本等引進商品X射線熒光光譜儀，進行大量應用研究和技術開發(fā)。81ppt課件概述我國X射線光譜分析的發(fā)展起步于20世紀50年代末概述

我國X射線光譜分析的發(fā)展

20世紀80年代我國X射線熒光光譜分析研究非?；钴S并取得長足進步，在理論研究，輕元素分析，基體軟件的開發(fā)，國外交流取得巨大進步。

現在

X射線熒光光譜分析應用十分廣泛，研發(fā)和應用工作正緊緊和世界先進水平同步進行。82ppt課件概述我國X射線光譜分析的發(fā)展20世紀80年代12ppt5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述83ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線X射線的特征

X射線波長84ppt課件X射線的特征X射線波長14ppt課件X射線的特征

X射線特性

感光作用X射線能使照相底片感光變黑電離作用X射線能電離氣體熒光作用X射線照射NaI、ZnS等物質產生接近可見光熒光

衍射作用X射線通過晶體時發(fā)生衍射折射率接近1X射線通過不同介質時幾乎不折射穿透能力強X射線能夠穿透許多材料85ppt課件X射線的特征X射線特性感光作用X射線X射線的特征

X射線強度

在X射線熒光光譜分析中，X射線強度是以單位時間通過探測器窗口的入射X射線光子數，即計數率來表示。

計數率cps或kcps，是指每秒計數或千每秒計數

X射線強度所用的符號通常為I，Ii是指i元素的

強度。86ppt課件X射線的特征X射線強度在X射線熒光光譜分析中，X射線強度光譜是一系列有規(guī)律排布的光，如雨后的彩虹。87ppt課件17ppt課件X射線熒光光譜原理

X射線光譜

X射線的產生

當高速運動的電子或帶電粒子(如質子、α粒子等)轟擊物質時其運動受阻，和物質發(fā)生能量交換，電子的一部分動能轉變成為X射線光子輻射能，以X射線形式輻射出來。

88ppt課件X射線熒光光譜原理X射線光譜X射線的產生18ppt課件X射線熒光光譜原理

真空條件下，在陽極靶和陰極燈絲之間加上一高電壓，陰極燈絲在管電流的作用下，發(fā)射出大量加速電子，轟擊靶面，產生X射線。圖2X射線的產生

從X射線管輻射的一次X射線(也被稱作初級X射線，原級X射線)是由兩種本質完全不同的X射線組成。一種為連續(xù)譜線，另一種是特征譜線。89ppt課件X射線熒光光譜原理真空條件下，在陽極靶和陰極燈X射線熒光光譜原理

連續(xù)光譜①X射線管中所加的管電壓在較低時只產生連續(xù)光譜。②由某個最短波長為起端包括強度隨波長連續(xù)變化的譜線組成。

特征X射線①所加管電壓≥X射線管的陽極材料激發(fā)電勢時，特征X射線光譜以疊加在連續(xù)譜之上的形式出現。②是若干波長一定而強度較大的X射線線譜。90ppt課件X射線熒光光譜原理連續(xù)光譜20ppt課件X射線熒光光譜原理

特征熒光X射線同樣為特征譜線，特征熒光X射線和靶材的特征譜線不同之處在于前者是射線陰極發(fā)出的電子對靶材元素原子內層的激發(fā)，而特征熒光X射線是由X射線管發(fā)出的一次X射線（原級X射線）激發(fā)樣品而產生的具有樣品元素特征的二次X射線。91ppt課件X射線熒光光譜原理特征熒光X射線同樣為特征譜線，特征熒光XX射線熒光光譜原理

X射線熒光的產生

原子中的內層（如K層）電子被X射線輻射電離后在K層產生一個空穴。外層（L層）電子填充K層空穴時，會釋放出一定的能量，當該能量以X射線輻射釋放出來時產生具有該元素特征的二次X射線，也就是特征熒光X射線。

圖3特征熒光X射線的產生92ppt課件X射線熒光光譜原理X射線熒光的產生圖3特征熒光X射線的產X射線熒光光譜原理

特征X射線的符號93ppt課件X射線熒光光譜原理特征X射線的符號23ppt課件X射線熒光光譜原理特征X射線譜系的命名：位于某殼層的電子被激發(fā)稱為某系激發(fā)，產生的X射線輻射稱為某系譜線。例如：一次X射線逐出K層電子，外層向K層躍遷產生的熒光X射線為K系線，逐出L層電子，外層向L層躍遷的為L系線……。94ppt課件X射線熒光光譜原理特征X射線譜系的命名：24ppt課件X射線熒光光譜原理特征譜線線系中的某條譜線是指由外層、次外層……電子填充空穴，就在對應譜線下方注上希臘字母α、

β、

γ……例如：L層向K層躍遷為Kα，M層向K層為Kβ。而譜線右下方所標的是支能級序數，是指電子填空前處于電子層的各支能級。例如：L層有三個支能級，其中LI能級穩(wěn)定，不產生電子躍遷，電子從LⅢ、LⅡ躍遷產生Ka1和Ka2

。95ppt課件X射線熒光光譜原理特征譜線線系中的某條譜線是指由外層、次外層X射線熒光光譜分析的特點優(yōu)點：是一種無損檢測技術；分析速度快，分析精度高，重現性好；可分析塊狀、粉末、液體樣品，適于各類固體樣品主、次、痕量多元素同時測定；可分析鍍層和薄膜的組成和厚度；制作方法簡單。X射線熒光光譜法缺點：檢出限不夠低，不適于分析輕元素；依賴標樣，分析液體樣品比較麻煩。96ppt課件X射線熒光光譜分析的特點優(yōu)點：X射線熒光光譜法缺點：26pp5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線熒光光譜原理2.X射線的特征1.概述97ppt課件5.X射線熒光光譜分析的應用4.X射線熒光光譜儀3.X射線X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀98ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

簡介根據X射線衍射原理，用分光晶體為色散元件，以布拉格定律2dsinθ=nλ為基礎，對不同波長特征譜線進行分光，然后進行探測。

有分辨率好，靈敏度高等優(yōu)點99ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀簡介根據X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

簡介分類——掃描型譜儀多元素同時分析儀（多道譜儀）

圖4掃描型譜儀

圖5多元素同時分析譜儀100ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀簡介分類——X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

儀器組成圖6波長色散型譜儀原理圖示101ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀儀器組成圖6波X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

儀器組成激發(fā)系統(tǒng)分光系統(tǒng)探測系統(tǒng)儀器控制和數據處理系統(tǒng)發(fā)出一次X射線，激發(fā)樣品對來自樣品元素特征X射線進行分辨對樣品元素的特征X射線進行強度探測處理探測器信號，給出分析結果102ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀儀器組成激發(fā)系統(tǒng)X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

儀器組成（1）激發(fā)系統(tǒng)：X射線發(fā)生器、X射線管和熱交換器等部件組成。（2）分光系統(tǒng)：分光晶體、限制光欄、準直器和衰減器等。（3）探測系統(tǒng)：探測高壓、探測器、次級準直器和相關電子學線路等組成。（4）儀器控制及數據處理系統(tǒng)103ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀儀器組成（1）激X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀X射線發(fā)生器

給X射線提供高壓和電流并保持電壓和電流穩(wěn)定的裝置，是儀器的一項重要指標。

一般X射線發(fā)生器最大輸出功率有3kW或4kW。與之相配的最大額定電壓為60～100kV，最大額定電流為80～160mA。

104ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀X射線發(fā)生器X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀X射線管根據X射線出口窗的位置，X射線管分為側窗型(sidewindowtube，SWT)和端窗型(endwindowtube，EWT)。

圖7側窗型X射線管

圖8端窗型X射線管

105ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀X射線管X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀X射線管X射線管輻射的X射線強度和電子轟擊靶面的入射角和X射線的出射角、Be窗的厚度、Be窗和靶面的距離以及Be窗和樣品的距離有關

透射靶X射線管：窗口與陽極靶零距離，提高激發(fā)效率，應用于低功率波長色散譜儀。

圖9陽極元素在鈹窗上的沉積106ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀X射線管X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

熱交換器

陽極靶的冷卻作用

端窗型X射線管：電導率很低的去離子水

側窗型X射線管：普通水

107ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀熱交換器X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

準直器

圖10準直器108ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀準直器圖X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

準直器一級準直器二級準直器在樣品和晶體之間（該準直器又稱為入射狹縫）作用：是將樣品發(fā)射出的X射線熒光通過準直器變?yōu)槠叫泄馐丈涞骄w在分光晶體之后（又稱為出射狹縫）作用：是將晶體分光后的光束變?yōu)槠叫泄馐M入探測器109ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀準直器一級準直器X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

分光晶體一種單色器，相當于光學發(fā)射光譜中的分光單元棱鏡或光柵，把來自樣品各元素的特征譜線按照布拉格衍射原理進行分光，被測元素在特定的布拉格角被探測。110ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀分光晶體X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

分光晶體選擇：衍射強度大分辨率高峰背比高溫度效應小合適的波長范圍111ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀分光晶體選擇：X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀不同波長的熒光X射線必須選擇與其匹配的分光晶體112ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀不同波長的熒光X射X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

分光晶體分類：平面晶體：結構簡單，掃描型譜儀

曲面晶體：衍射強度和分辨率較高

多層晶體：常用于長波段輕元素或

超輕元素分析113ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀分光晶體分類：X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

探測器一種變化能量形式的裝置把X射線光子信號轉換成可計量測定的電脈沖信號114ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀探測器一X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

探測器分類：充氣型正比計數器閃爍計數器氣流型正比計數器封閉型正比計數器PC（gasProportionalCounter）FPC（gasFlowProportionalCounter）SPC（SealedProportionalCounter）SC（ScitillationCounter）115ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀探測器分類：X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

探測器充氣型正比計數器常用來對長波和超長波X射線探測，尤其是氣流型正比計數器有較高的能量分辨率并對輕元素有較高的技術效率

閃爍計數器常用于探測較高原子序數的元素，探測波長相對較短。116ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀探測器充X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

測角儀測角儀是按照分光幾何學的要求，驅動或配置與分析元素相匹配的分光晶體及探測器等的精密機械裝置。

多道同時分析型譜儀，由于元素分析線已確定，分光晶體、狹縫及探測器的相對位置固定；

對掃描型儀器，由于其配件位置的可變性，測角儀是保證分析精度和準確性的一個十分關鍵的部件。117ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀測角儀測X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀日本島津國際貿易有限公司型號：XRF-1800118ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀日本島津國際貿易有X射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀主要配置：LiF、Ge、PET、TAP、SX-52及SX-98N6塊分光晶體；FPC、SC檢測器；液體樣品盒；微區(qū)刻度尺主要性能指標：1、檢測元素范圍：4Be-92U2、元素含量范圍：0.0001%-100%3、最大掃描速度：300°/min119ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀主要配置：49ppX射線熒光光譜儀

波長色散X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀120ppt課件X射線熒光光譜儀波長色散X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

簡介

其儀器能量選擇是以下列公式為基礎：式中：VPH為探測器輸出的脈沖高度；E為被探測x射線能量(keV)；λ為波長(nm)。：121ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀簡介其儀器能量X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

簡介

來自樣品元素的熒光X射線進入探測器，多道分析器各通道同時計數，進行多元素同時測量，通過探測不同能量水平的脈沖及數值進行定性和定量分析。122ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀簡介來X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

特點結構緊湊、移動方便。可用功率較小的激發(fā)源。

半導體探測器

多道分析器分析從11Na到92U，濃度范圍從0.Xppm到100％。123ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀特點結構X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

儀器組成圖11能量色散型譜儀原理圖示124ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀儀器組成圖11X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

儀器組成（1）X射線發(fā)生激發(fā)部分（2）樣品元素譜線的探測部分（3）數據處理部分125ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀儀器組成（1）XX射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

激發(fā)源各種不同類型的能量色散熒光光譜分析系統(tǒng)有不同的配置，激發(fā)源有X射線管、同位素放射源、加速器產生的帶電粒子激發(fā)及同步輻射等。主要討論應用比較廣泛的X射線管激發(fā)和同位素激發(fā)源。126ppt課件X射線熒光光譜儀能量色散X射線熒光光譜儀激發(fā)源各X射線熒光光譜儀

能量色散X射線熒光光譜儀

激發(fā)源①X射線管：

初級線的強度較高，相應的能量范圍也較寬，并可調，分析靈敏度較高，適合于多元素分析，并具有使用安全可靠，便于攜帶等優(yōu)點

激發(fā)方式：直接激