《XRF基础知识》PPT课件.ppt

XRF的基础知识,吉昂Panalyticalhelpdesk中国科学院上海硅酸盐研究所无机材料分析测试中心,2019/11/26,吉昂,中国科学院研究生教学丛书X射线荧光光谱分析吉昂陶光仪卓尚军罗立强科学出版社2003年3月出版,2019/11/26,吉昂,X射线是什么？,1895年由德国科学家伦琴(W.C.Roentgen)发现X射线X射线是电磁辐射，具有波、粒二象性波长：0.01nm_10nm能量：124keV_0.124keV,2019/11/26,吉昂,X射线波长范围及波长与能量转换公式,InConventionalXRS:0.01nm(92UK)2nm(9FK)InUltra-SoftXRS:1nm(12MgK)10nm(4BeK)ConversionbetweenandE:(nm)=E(keV)=,2019/11/26,吉昂,X射线和物质的相互作用,2019/11/26,吉昂,X射线荧光和俄歇电子,Augerelectrons,Characteristicx-rayphotons,2019/11/26,吉昂,X射线荧光特征谱线的产生,2019/11/26,吉昂,X射线荧光特征谱线的产生,2019/11/26,吉昂,K系和L系光特征谱线波长与原子序数的关系,2019/11/26,吉昂,Moseley定律(1913年),其中：l为特征射线的波长Z为原子序数s为屏蔽常数,2019/11/26,吉昂,X射线荧光是什么？,当一束粒子如X射线光子与一种物质的原子相互作用时,在其能量大于原子某一轨道电子的结合能时,就可从中逐出一个轨道电子而出现一个空穴,这时处于较高能级的电子将依据一定的规则跃迁而填补该空穴,这一过程将使整个原子的能量降低,因此可以自发进行。,2019/11/26,吉昂,X射线荧光是什么？,(1)以特征X射线的形式发射出光子,即产生X射荧光,这是辐射跃迁,2019/11/26,吉昂,俄歇电子,(2)比空穴层主量子数高的壳层上的电子跃迁后,能量不以特征X射线的形式发射出来,而是将另一电子逐出原子,形成具有双空穴的原子,这一电子称作俄歇电子,这就是所谓俄歇效应。这是无辐射跃迁。,2019/11/26,吉昂,为何要用XRF?,可直接对固体样品进行分析，也可做液体样品主量组份的分析精度可与传统的湿化学分析相比多元素分析(4Be92U)和全分析分析浓度范围广(10-4%100%)非破坏分析可对薄膜和镀层进行组分和厚度的同时分析,2019/11/26,吉昂,XRF的定性和定量分析,根据特征X射线荧光的波长与原子序数的相应关系，即可进行定性分析在该波长处测其强度，并与标准样品比较，便可进行定量分析,2019/11/26,吉昂,俄歇电子,入射X射线光子逐出物体原子中内层电子并造成空穴，原子外层电子跳入其内而发射出的特征X射线光子，未出原子前就被吸收，而将其外层电子逐出，此电子即称为俄歇(Auger)电子产生俄歇电子的几率称为俄歇产额荧光产额+俄歇产额=1,2019/11/26,吉昂,X射线荧光产额(Fluorescenceyield),=,numberofvacancies,numberofX-rayphotons,-,Fluorescenceyielddependsonatomicnumber,w指原子内部电子的跃迁最终导致产生X射线荧光而非俄歇电子的几率,2019/11/26,吉昂,X射线荧光产额(Fluorescenceyield),2019/11/26,吉昂,一些典型元素的荧光产额,2019/11/26,吉昂,非相干(Compton)散射部份能量转移给结合松散的电子,-=0.02426(1-cos),2019/11/26,吉昂,非相干(Compton)散射其强度随波长变短而增加,CrtargettubeRhtargettube,2019/11/26,吉昂,非相干(Compton)散射其强度随试样的平均原子序数或质量衰减系数的增加而减小,RhtargettubePerspexsampleandLeadsample,2019/11/26,吉昂,BeerLambert定律,I=I0e-x,where=质量吸收系数cm2/g=密度g/cm3x=通过吸收体的光程cm,2019/11/26,吉昂,质量衰减系数(MassAttenuationCoefficient),与X射线波长有关与吸收体的原子序数有关与吸收限有关Thesuddendropinvaluestakesplaceatthecriticalexcitationenergy,2019/11/26,吉昂,某一元素的质量衰减系数()对入射X光波长()作图,2019/11/26,吉昂,化合物质量衰减系数的算法,其中：iisthemassattenuationofelementi(cm2/g)wiistheweightfractionofelementi,化合物()=i().wi,2019/11/26,吉昂,化合物质量衰减系数的算法举例,化合物KBr对CuKa的质量衰减系数计算：,2019/11/26,吉昂,质量衰减系数,=+themassphotoelectricabsorptioncoefficientthemassscatteringabsorptioncoefficient=coh+inccohthecoherent(Rayleigh)inctheincoherent(Compton),2019/11/26,吉昂,吸收跃迁因子(Absorptionjumpfactor),rK为K系吸收限处质量吸收系数吸收跃迁比(r=J为待测元素的原子吸收了入射X光子后，逐出某层电子的几率,2019/11/26,吉昂,谱线分数(RelativeEmissionRate),f某一特征X射线在该线系中的相对强度,2019/11/26,吉昂,谱线分数(f)的一些典型数据,2019/11/26,吉昂,X射线荧光的激发因子(E),激发因子是指试样中某待测元素i的原子在吸收入射X射线光子后，发射出某条特征X射线荧光的几率。E=J*f*w它是吸收跃迁因子(J)、谱线分数(f)和荧光产额(w)三者的乘积,2019/11/26,吉昂,X射线的来源,在XRF谱仪中有两种X射线的来源：X光管Inthex-raytubetheexcitationisprovidedbyelectronsfromthetubefilament样品Inthesampletheexcitationisprovidedbyphotonsofthex-raytube.,2019/11/26,吉昂,从钨靶光菅产生的射线原级谱,2019/11/26,吉昂,从一个样品发出的X射线荧光光谱,2019/11/26,吉昂,X光菅发出的连续谱,Shapeofthecontinuum,themaximumintensityat=2min,2019/11/26,吉昂,X光菅电压对连续谱形状的影响,Influenceofkilovolts,2019/11/26,吉昂,X光菅电流对连续谱形状的影响,InfluenceofmA,2019/11/26,吉昂,铑靶X光菅对铝K系特征X射线的激发,2019/11/26,吉昂,铑靶X光菅对钼K系特征X射线的激发,2019/11/26,吉昂,无限厚示意图,2019/11/26,吉昂,无限厚度的计算,样品所产生光荧光强度的99%到达试样表面时的厚度(又称99%的无限厚度)d=(4.61*siny2)/mr如果荧光射线对试样的出射角为y2=40，则：d=2.96/mr(cm),2019/11/26,吉昂,一些典型谱线在不同基体中的无限厚度数据,2019/11/26,吉昂,WDXRF谱仪的结构图,2019/11/26,吉昂,EDXRF谱仪结构,2019/11/26,吉昂,E5结构,ThenextstepinXRF新一代XRF,2019/11/26,吉昂,Axios:smallerfootprint占地小,Dimensions(WxDxH)84x98x151cm33.1x38.6x59.4inFitsthroughlab.Doors轻易过实验室的门,ConfigurationsandIndustryVersions仪器配置及工业版本,2019/11/26,吉昂,AxiossystemsAxios配置,FlexiblewavelengthdispersiveXRFspectrometer灵活的波长色散X荧光光谱仪Integratedsamplechanger集成的自动进样器AnalysisfromBeU分析范围BeU2.4kWoperation2.4千瓦Rh-anodePANalyticalSuperSharpTube铑靶超尖锐X光管SuperQ4新版本SuperQ,2019/11/26,吉昂,AxiossystemsAxios-Cement水泥配置,FlexiblewavelengthdispersiveXRFspectrometer灵活的波长色散X荧光光谱仪Integratedsamplechanger集成的自动进样器AnalysisfromBeU测量范围Be-U2.4kWoperation2.4千瓦Rh-anodePANalyticalSuperSharpTube铑靶超尖锐X光管Dedicatedsuiteofcrystalsforcementanalysis特别配置的适合水泥行业应用的晶体DustcollectionDevice防尘装置CEMOXIstandards标样SuperQ4+cementdatabase水泥应用数据库UAI/SPCsoftware通用自动化接口/统计过程控制软件,2019/11/26,吉昂,AxiossystemsAxios-Petro石油化工,FlexiblewavelengthdispersiveXRFspectrometer灵活的波长色散X荧光光谱仪Integratedsamplechanger集成的自动进样器2.4kWoperation2.4千瓦Rh-anodePANalyticalSuperSharpTube铑靶超尖锐X光管DedicatedsuiteofcrystalsforPetroanalysis特别配置的适合石化行业应用的晶体Heflushing氦气系统P2cells,Mylar,assemblytoolP2杯,聚酯薄,辅助工具SuperQ4+petrodatabase石油化工数据库,2019/11/26,吉昂,AxiossystemsAxios-Advanced,AdvancedwavelengthdispersiveXRFspectrometer顶级型波长色散X荧光光谱仪Integratedsamplechanger集成的自动进样器4.0kWoperation4千瓦NEWRh-anodeSuperSharpTube-mAX(160mA)全新概念的超尖锐铑靶X光管,160mA!Flexibleformeasuringvarioussamplesizes六个面罩Includescurvedanalysiscrystalsforoptimalsensitivity包括提供最高强度的弯晶SuperQ4andIQ+附加无标样定量分析软件,2019/11/26,吉昂,Axios:Nocompromiseonflexibility,Upgradeoptions:升级选项Power2.43.04.0kW(SST)功率Programmablecollimatormasks(3&6pos)3位或6位准直器面罩Upto3collimators加至三个准直器Upto8crystals加至八个晶体Curvedcrystals弯晶Duplexdetector复式计数器Sampleloadingoptions(continuous&direct)连续和直接进样Heflushing氦气系统Dustcollectiondevice防尘装置Software(IQ+,Pro-Trace,FP-Multi,EDS,SPCetc.)各种附加软件(无标样定量IQ+,痕量分析软件Pro-Trace,多层分析软件FP-Multi,数据保护软件EDS,数据统计和控制软件SPC),2019/11/26,吉昂,Polarizingenergy-dispersiveXRF,3-dimensionaloptics(Cartesiangeometry)highpeaktobackgroundratio,Epsilon5,2019/11/26,吉昂,PatentedGdtube,Noexternalcooling,non-destructiveHeavymetalK-lineexcitation,600W,Gdanode,2019/11/26,吉昂,PatentedGdtube,HeavyanalyteK-lineexcitation,I,(,c,o,u,n,t,s,/,c,h,),400,200,0,22.5,23.0,23.5,24.0,Energy(keV),CdK,a,LLD(100s),100kV,80kV,60kV,40kV,0.70ppm,0.72ppm,3.33ppm,0.99ppm,100kV,2019/11/26,吉昂,Gedetector,100%efficientZ=1192,(0.3mm),2019/11/26,吉昂,Gedetector,Resolutionlessthen140eV,LN2cooledBetterresolutionathighenergiescomparedtodispersionofcrystals(WDXRF),2019/11/26,吉昂,ComparisonwithWDXRF,SuperiorperformancefromMotoREE!,Epsilon5,2019/11/26,吉昂,Venus灵敏度,2019/11/26,吉昂,VenusLLD/100s,2019/11/26,吉昂,MiniPal灵敏度,2019/11/26,吉昂,MiniPalLLD/100s,2019/11/26,吉昂,LLDVenus与MiniPal,2019/11/26,吉昂,LLDMagiX对Veneus,2019/11/26,吉昂,Epsilon5与WDXRF比较,2019/11/26,吉昂,C的测定,2019/11/26,吉昂,N的测定,2019/11/26,吉昂,Br的测定,2019/11/26,吉昂,Th的测定,2019/11/26,吉昂,LLDOFCANDN,2019/11/26,吉昂,LLDOFGEO,2019/11/26,吉昂,土址中重金属检测限,土址中重金属的检测限,2019/11/26,吉昂,食用油中金属元素的检测限(ppm),2019/11/26,吉昂,空气环境监测,*所列时间均系指测定上述元素所用的活时间。,2019/11/26,吉昂,水系沉积物和土址的分析结果,2019/11/26,吉昂,谱仪稳定性,1.测定20次结果，2.10天测定结果,2019/11/26,吉昂,结论,1.MagiXWDXRF的检测限通常小于2ppm，但Ce,La,Nd,Sm,Cs,Ba,Te,I等元素在5-6ppm；2.Venus200WDXRF的检测限通常小于5ppm，Ce,La,Nd,Sm,I,Sb,Cr,Mn均大于10ppm；3.MiniPal2EDX