X射線衍射儀與能譜儀綜合介紹課件

X射線熒光與衍射分析儀器技術(shù)提綱X射線原理儀器分類能譜儀技術(shù)應(yīng)用介紹衍射儀技術(shù)應(yīng)用介紹X射線

1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線。

X射線和可見(jiàn)光一樣屬于電磁輻射，但其波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短得多，介于紫外線與射線之間，約為10–2到102埃的范圍。X射線的頻率大約是可見(jiàn)光的103倍，所以它的光子能量比可見(jiàn)光的光子能量大得多，表現(xiàn)出明顯的粒子性。由于X射線具有波長(zhǎng)短光子能量大這個(gè)基本特性，所以，X射線光學(xué)(幾何光學(xué)和物理光學(xué))雖然具有和普通光學(xué)一樣的理論基礎(chǔ)，但兩者的性質(zhì)卻有很大的區(qū)別，X射線與物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生的效應(yīng)和可見(jiàn)光迥然不同。X射線與物質(zhì)的相互作用北京普析X射線分析儀器兩大類：X射線衍射儀多晶：XD2、XD3、XD6單晶：無(wú)X射線熒光分析儀能譜色散：XRF7、XRF8、XRF9波長(zhǎng)色散：無(wú)X射線能譜儀產(chǎn)品系列XRF9XRF8XRF7便攜能量色散X射線熒光分析儀XRF9能量色散X射線熒光分析儀XRF8全反射X射線熒光分析儀XRF7X射線熒光激發(fā)原理基本原理：

原子在受到X射線源照射作用時(shí)，某層軌道上飛行的電子如果被X射線束打中，該電子會(huì)向更低能級(jí)軌道發(fā)生躍遷，能級(jí)差造成的多余能量被釋放出來(lái)，以電磁波的形式發(fā)出。而這一高頻電磁波的頻率同樣在X波段上，因此它也是一種X射線，稱X-熒光。 因?yàn)槊糠N元素原子的電子能級(jí)是特征的，它受到激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的X-熒光也是特征的。

探測(cè)器根據(jù)不同能量特征對(duì)所有收集的X熒光能量譜線進(jìn)行甄別，并根據(jù)熒光強(qiáng)度大小進(jìn)行定量，這就是能譜儀分析的主要理論依據(jù)。X射線能譜分析應(yīng)用特點(diǎn)樣品前處理簡(jiǎn)單（固體、粉末、薄片）適用分析的元素范圍廣（一般Na～U）多元素同時(shí)分析，檢出限ppm級(jí)分析快速，幾分鐘完成測(cè)試耗材、附件及周邊設(shè)備簡(jiǎn)單XRF9－結(jié)構(gòu)XRF9－臺(tái)式X射線熒光能譜儀先進(jìn)的多光束可調(diào)節(jié)系統(tǒng)高分辨率探測(cè)器采用XYZ三維運(yùn)動(dòng)樣品臺(tái)大型樣品分析室CCD攝像及自動(dòng)定位系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)雙層六通道濾光系統(tǒng)XRF9－配置規(guī)格高壓電源：50kV/1mA（SPELLMAN進(jìn)口）X光管：Ag靶（國(guó)產(chǎn)，Mo/W/Rh可選）濾光片：6通道自動(dòng)調(diào)節(jié)樣品臺(tái)：120mm*120mm三維運(yùn)動(dòng)控制探測(cè)器：Si-PIN（AMPTEK進(jìn)口）信號(hào)處理系統(tǒng)：PX-4（AMPTEK進(jìn)口）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：XRF9防護(hù)機(jī)柜：連鎖防護(hù)XRF9－技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目指標(biāo)穩(wěn)定性<3％重復(fù)性<5％激發(fā)功率50W探測(cè)器分辨率149eVX射線輻射劑量<1μSv/h代表元素檢出限（ppm，塑料基體）Cr：5、Br：2.5、Cd：4、Hg：4、Pb：5代表元素檢出限（ppm，鋁基體）Cr：8、Mn：3.5、Sr：3、Sn：6、Pb：4主機(jī)重量45kg輸入條件AC220V/5A，0~40℃，濕度<80%XRF9－軟件樣品運(yùn)動(dòng)控制能譜獲取系統(tǒng)圖譜處理系統(tǒng)定性能量及強(qiáng)度校準(zhǔn)定量方法建立（靈敏度、標(biāo)準(zhǔn)曲線）輸出文件版面格式設(shè)計(jì)XRF9－軟件XRF9－軟件XRF9－樣品前處理樣品形態(tài)處理前處理裝置粉狀試樣不處理（裝入容器中）壓力機(jī)加壓成型熔化、玻璃珠化----------模塊壓機(jī)玻璃珠試樣制作裝置液體樣品濾紙取樣干燥干燥裝置塊狀樣品不處理（平坦處放置測(cè)定部位）-------------有機(jī)體樣品表面研磨、切削硝化處理研磨機(jī)硝化裝置XRF9－應(yīng)用領(lǐng)域塑料外殼、電路板等聚合物中Br、Cl、Pb、Hg、Cd測(cè)定陶瓷、焊錫等其他樣品的Cd、Pb、Hg、Br、Cr的測(cè)定礦石、金屬冶煉、銅陽(yáng)極、鑄鐵、金銀首飾、寶石鑒定石油元素檢測(cè)、各種催化劑、陶瓷材料血液、體液、毛發(fā)、藥品等微量元素分析工業(yè)排放污水、土壤中重金屬測(cè)量水泥、鋼材元素分析XRF7－便攜X射線能譜儀X射線能譜儀器的構(gòu)成（小型便攜）XRF7技術(shù)指標(biāo)元素分析范圍：鋁(Al)～鈾(U)元素含量分析范圍：1ppm--99.99%測(cè)量時(shí)間：<300秒整機(jī)功率：40W重量：1.7kg測(cè)量對(duì)象：塊狀固體、液體、固體粉末X射線輻射劑量<1μSv/h重復(fù)性：RSD<4％XRF7－應(yīng)用領(lǐng)域RoHS指令電子信息產(chǎn)品有害物質(zhì)檢測(cè)環(huán)境保護(hù)行業(yè)（自來(lái)水、污水污泥等）農(nóng)業(yè)（土壤中元素的快速測(cè)定）地礦、冶金合金回收考古以及材料行業(yè)輕工、食品全反射X射線能譜全反射X射線能譜分析圖譜示意全反射X射線能譜全反射X射線能譜分析圖譜示意全反射X射線能譜技術(shù)指標(biāo)多元素同時(shí)分析從11號(hào)元素Na到92號(hào)元素U，一次同時(shí)分析近30種元素；檢出限低最低絕對(duì)檢出限：ng～pg級(jí)（10－9

～10－11g）；最低相對(duì)檢出限：ppb級(jí)；樣品用量少可對(duì)固體、粉末、液體、懸浮物、過(guò)濾物、大氣飄塵、薄膜樣品等進(jìn)行定性、定量分析，樣品用量μL、μg級(jí)；測(cè)量時(shí)間短30秒～600秒前處理簡(jiǎn)單，直接測(cè)量粉末樣品、懸浮液樣品等有平面的樣品都可直接進(jìn)行分析；使用功率小于0.5kW，安全可靠。全反射X射線能譜分析應(yīng)用的特點(diǎn)－粉末樣品制備與測(cè)試 混合均勻的粉末樣品（懸浮質(zhì)、土壤、礦物、金屬、色素、生化樣品，等等），可以把樣品直接放在樣品架上直接測(cè)量。典型的方法是，使用小勺或無(wú)塵紙轉(zhuǎn)移幾微克（μg）的樣品到樣品架上。單個(gè)的微量樣品（顆粒，長(zhǎng)條等）也可以用類似的方法直接制樣。 粉末樣品也可以使用揮發(fā)性溶劑如丙酮或甲醇制成懸浮液，懸浮液用移液管轉(zhuǎn)移到樣品架上，還可以使用微波消解的辦法。全反射X射線能譜分析應(yīng)用的特點(diǎn)－粉末樣品測(cè)試示意

全反射X射線能譜分析應(yīng)用的特點(diǎn)－液體樣品制備與測(cè)試 懸浮液樣品可以沉積在樣品托上，對(duì)于溶液或高純液體，用加內(nèi)標(biāo)元素可進(jìn)行定量測(cè)量，測(cè)定限可達(dá)ng/g量級(jí)或者更低。液體樣品必須制備在能全反射X射線的樣品架上。樣品架的直徑約30mm，材料通常是石英玻璃或碳玻璃。使用微量移液管轉(zhuǎn)移幾微升（μl）試液到樣品架上，然后在干燥器里蒸發(fā)或在烘箱中干燥。如果是由不規(guī)則固體樣品轉(zhuǎn)換制備的液體樣品，前處理過(guò)程必須確保樣品的代表性以保證結(jié)果準(zhǔn)確。全反射X射線能譜分析應(yīng)用的特點(diǎn)樣品量示意～全反射能譜與普通X射線能譜儀

X射線衍射儀晶體：原子在三維空間中長(zhǎng)程有。。。序排列晶胞：重復(fù)排列的最小單元稱晶胞晶胞參數(shù)：三個(gè)軸長(zhǎng)a,b,c。。。。。A三個(gè)軸的夾角,,按排列規(guī)律可分為7種晶系，14種。。點(diǎn)陣，230種空間群大部分種類的物質(zhì)是晶體。晶體知識(shí)

簡(jiǎn)單立方體心立方面心立方a=b=c===90°簡(jiǎn)單四方（正方）體心四方（正方）a=bc===90°

簡(jiǎn)單正交體心正交底心正交面心正交abc===90°簡(jiǎn)單單斜底心單斜abc==90

三斜abc90六方a=bc，==90，=120三方(菱形)a=b＝c，90==<1207種晶系，14種點(diǎn)陣，晶胞參數(shù)(邊長(zhǎng)a,b,c夾角,,)

入射X射線，波長(zhǎng)＝衍射X射線＝衍射角晶體點(diǎn)陣晶面間距=dhkl當(dāng)X射線照射到晶體上時(shí)，每個(gè)原子都散射X射線：相干散射和不相干散射如左圖：產(chǎn)生衍射的條件是兩層的光程差是波長(zhǎng)的整數(shù)倍

2dhkl

?sin＝n布拉格公式

晶體有不同的晶面，不同的晶面有不同的晶面間距，如左圖的d1，d2，d3，各自的衍射角不同，各自的衍射強(qiáng)度也不同。實(shí)際晶體是三維的點(diǎn)陣排列，衍射也是在三維空間產(chǎn)生。d1d2d3

hkl晶面X射線衍射原理方法實(shí)質(zhì)：X射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生衍射現(xiàn)象衍射分析三要素：峰位、峰強(qiáng)、峰形不同物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)不同，衍射圖譜也不同：衍射線的分布，各衍射線的角度，各衍射線的相對(duì)強(qiáng)度比不同X射線衍射儀的應(yīng)用

粉末X射線衍射儀應(yīng)用范圍遍及廣泛的部門和領(lǐng)域。在材料科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、石油化工催化劑、地質(zhì)、礦物、冶金、鋼鐵、陶瓷、建材、電子、土壤、環(huán)保、藥物、醫(yī)學(xué)，以至考古、刑偵、商檢等眾多學(xué)科、相關(guān)的工業(yè)、行業(yè)中都有重要的應(yīng)用，是理工科院校和涉及材料研究、生產(chǎn)的研究部門、廠礦實(shí)驗(yàn)室的重要的、不可缺少的大型分析設(shè)備。

粉末X射線衍射儀為固態(tài)物質(zhì)分析鑒定工作不可缺少的基本分析儀器。

X射線衍射儀的應(yīng)用粉末衍射儀的重要應(yīng)用：物相分析（物相鑒定和定量分析，結(jié)晶度分析）

晶體結(jié)構(gòu)分析或精修（Rietveld分析）晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)定(相界的測(cè)定、分子篩SiO2/Al2O3比的測(cè)定、宏觀應(yīng)力的測(cè)定...等等。)晶粒尺寸、微觀應(yīng)力的測(cè)定織構(gòu)分析（晶粒取向分析）薄膜分析（薄膜物相組成,薄膜反射率測(cè)定.）物相定性分析NiO47-1049Si27-1402Fe2O333-066420100測(cè)定所需鑒定的樣品，得到它的衍射峰的位置和強(qiáng)度。與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比。和數(shù)據(jù)庫(kù)中的哪種或哪幾種物質(zhì)的數(shù)據(jù)相符，即確定樣品為那種物質(zhì)或那幾種物質(zhì)所組成。與比對(duì)指紋確認(rèn)人同一原理2物相定量分析原則：在一定的入射光強(qiáng)度和衍射幾何參數(shù)下，一個(gè)物相的各個(gè)衍射線的強(qiáng)度是一定的、可以計(jì)算的。各物相的含量固定時(shí)，各物相的衍射線的強(qiáng)度比是固定的。測(cè)量各物相的衍射線的強(qiáng)度比，求出各物相的百分含量。例3：物相定量分析（K值外標(biāo)法）K值定量具體方法（舉例說(shuō)明）：設(shè)混合物中含有1號(hào)和2號(hào)兩種物相，測(cè)得它們峰強(qiáng)度為I1和I2，查標(biāo)準(zhǔn)卡片庫(kù)可知他們的K值（K＝I/Iα－Al2O3）分別為K1和K2，那么1號(hào)百分含量＝2號(hào)百分含量＝存在多種物相則依次類推物相定量分析已結(jié)晶部分占整體的質(zhì)量（Wc）或體積（c）百分?jǐn)?shù)

IcIc：結(jié)晶部分的衍射積分強(qiáng)度

Wc,x=Ic+KxIaIa：非晶體部分的散射強(qiáng)度

Kx：校正系數(shù)測(cè)量譜分解為結(jié)晶部分和非晶態(tài)部分結(jié)晶度分析【注：晶胞參數(shù)的計(jì)算按照公式：a＝5.0509/sinθ（10－10米）

硅鋁比的計(jì)算按照公式：SiO2/Al2O3＝（0.00868×192/（a-24.191）-1）×2】點(diǎn)陣參數(shù)分析測(cè)定次序測(cè)得2θ冊(cè)測(cè)得2θ校a533（10-10米）硅鋁比123.61223.60924.6904.680223.62023.61724.6814.802323.61723.61424.6844.761423.61523.61224.6864.734523.61423.61124.6884.706623.61423.61124.6884.706723.61923.61624.6824.788823.61823.61524.6834.775923.61923.61624.6824.7881023.62023.61724.6814.8021123.61323.61024.6894.693平均值23.61623.61324.6854.749標(biāo)準(zhǔn)偏差0.0030.0030.0030.046相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.01%0.01%0.01%0.97％以測(cè)定NaY分子篩硅鋁比為例2此衍射線寬化晶粒細(xì)化。也存在微觀應(yīng)力、缺陷微觀應(yīng)力逐步消除，再結(jié)晶，晶粒逐步長(zhǎng)大晶粒大小分析樣品實(shí)測(cè)線形儀器線形樣品物理線形98103.5實(shí)際測(cè)試求解例：實(shí)驗(yàn)法儀器線形晶粒大小：207埃實(shí)際測(cè)得的樣品衍射線形－儀器線形＝樣品物理線形用傅立葉變化求解。實(shí)際最大能用到1000埃左右

晶粒大小分析例：薄膜分析（利用平行光薄膜附件）薄膜分析樣品能前傾從垂直到前傾75度樣品需要在自身平面內(nèi)自360度旋轉(zhuǎn)每變換一個(gè)前傾角度，樣品自轉(zhuǎn)360度為克服晶粒度過(guò)大問(wèn)題，樣品可以作在自身平面內(nèi)作復(fù)平移運(yùn)動(dòng)織構(gòu)分析再結(jié)晶低炭鋼板的110極圖橫向軋向等高線邊的數(shù)字表示強(qiáng)度織構(gòu)分析X射線衍射儀的應(yīng)用舉例表面宏觀殘余應(yīng)力分析（θ傾斜法或者K軸傾斜法），下面是一種鋼鐵樣品用θ傾斜法測(cè)定其表面宏觀殘余應(yīng)力，測(cè)定結(jié)果為-2213MPa，為壓應(yīng)力X射線衍射儀的應(yīng)用舉例高聚物的衍射圖X射線衍射儀的應(yīng)用舉例XD系列衍射儀小角測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告XD3測(cè)試結(jié)果島津測(cè)試結(jié)果X射線衍射儀的應(yīng)用舉例在藥物方面應(yīng)用：蒙脫石散晶型鑒定X射線衍射儀的應(yīng)用舉例那格列奈晶型鑒定X射線發(fā)生器測(cè)角儀X射線強(qiáng)度測(cè)量系統(tǒng)衍射儀控制與衍射數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)

XRD構(gòu)成普析通用三種型號(hào)衍射儀XD2：立式測(cè)角儀θ-2θ XD3：立式測(cè)角儀θ-θ結(jié)構(gòu)普析通用三種型號(hào)衍射儀XD6：立式測(cè)角儀θ-θ結(jié)構(gòu) 掃描半徑可調(diào)結(jié)構(gòu)先進(jìn)精度高立式測(cè)角儀：利于操作者放置和更換樣品，是國(guó)內(nèi)唯一有成熟產(chǎn)品的廠家重現(xiàn)性達(dá)到0.0006測(cè)量重復(fù)性0.001最小步進(jìn)角度0.0005超強(qiáng)的低角度掃描功能：常規(guī)掃描角度可以從0.5開始安全可靠配有完善的冷卻、電氣、溫度等系列報(bào)警與保護(hù)裝置完善的窗口連鎖與機(jī)柜門連鎖機(jī)構(gòu)

上半部機(jī)柜內(nèi)有鉛皮夾層防護(hù)，正面大面積鉛玻璃整機(jī)通過(guò)了北京市衛(wèi)生局的防輻射檢測(cè)，結(jié)果為最大0.2μSv/h（國(guó)標(biāo)規(guī)定小于2.5μGy/h，在正常密度空氣中，1Sv≈1Gy）重視安全機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)柜設(shè)計(jì)與測(cè)角儀光閘采用了連鎖機(jī)構(gòu)，未到指定位置X射線無(wú)法開啟，嚴(yán)防X射線泄漏。經(jīng)實(shí)際檢測(cè)，散射X射線劑量≤0.2μSv/h，且未未扣除天然本底，扣除會(huì)更小。（有衛(wèi)生部門實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)）

產(chǎn)品成熟、性能穩(wěn)定XD2/3推出至今7年有余，技術(shù)成熟，用戶近百家。經(jīng)用戶長(zhǎng)期使用（8個(gè)月），α-石英101衍射角標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于0.0015°，優(yōu)于國(guó)家JJG629-1989檢定A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。多種資質(zhì)認(rèn)證教育部科技成果鑒定

教SSW2002第003號(hào)多種資質(zhì)認(rèn)證

放射工作許可認(rèn)證京衛(wèi)放證字2005第C742號(hào)應(yīng)用支持強(qiáng)大北大、清華的專家教授做為應(yīng)用技術(shù)顧問(wèn)公司提供專業(yè)應(yīng)用技術(shù)人員的應(yīng)用支持和專業(yè)使用培