X荧光分析.doc

X荧光分析摘要：1.本文简要介绍说明了X荧光分析实验的原理、仪器和方法。2.通过数据得到了本实验仪器的校正曲线，并对几件物品做了荧光分析。3.进行了相关讨论。关键词：X荧光分析，莫塞莱定律一引言 X 荧光分析是一种快速、无损、多元素同时测定的现代技术，已广泛应用于材料科学、生物医学、地质研究、环境监测、天体物理、文物考古、刑事侦察、工业生产等诸多领域，例如可用X荧光分析技术研究：（1）钢中碳、笛含量与低碳钢的脆性转变温度的关系；（2）千分之儿的锰对铁镍合金薄膜磁电阻的严重影响；（3）检测齿轮箱润滑油中各金属元素的含量，在不拆卸机件的情况下，分析飞行器部件磨损状况；（4）分析大气中浮游尘、气溶胶、水源污染情况、食品中有害物；（5）分析血样、头发、牙齿、淋巴细胞、活性酶中微量元素与人体健康、疾病的相关性；（6）无损分析文物组分；（7）分析飞船带回的月岩、陨石等成分；（8）测定地下水样中砷浓度，依据金矿与砷同时存在的特征，找出金矿；（9）用稀硝酸淋洗可疑射击者的手，测定浓缩液中硫、钡、铁、铅含量，作为侦察的依据，可信度达90%-98%；（10）监控水泥中钙、铁、铝等含量，达到控制水泥生产品质的目的；（11）分析土壤中微量元素，以确定作物（特别是草药）种植的适宜性等。二X荧光分析原理 以一定能量的光子、电子、质子、粒子或其他离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击出，产生电子空位，原子处于激发态。外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态。跃迁能量以特征X射线形式释放，或能量转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，即俄歇电子发射。另外还可能存在几率较低，主量子数相同，角量子数不同，亚壳层间电子的Coster-Kronig非辐射跃迁。测出特征X射线能谱，即可确定所测样品中元素种类和含量。 当原子中K层电子被击出后，L层或M层的电子填补K层电子空位，同时一定几率发射特征X射线。LK产生的X射线叫系，L层有三个子壳层，允许跃迁使系有两条谱线和。MK产生的X射线叫系，M层有五个字壳层，允许跃迁使有，三条谱线。当原子中L层电子被击出后，ML跃迁产生的X射线叫L系。 X荧光分析中激发X射线的方式一般有三种：（1）用质子、粒子或其他离子激发；（2）用电子激发；（3）用X射线或低能射线激发。 轻便型仪器常用放射性同位素和X光管作激发源。X光管是通过加热阴极K发出的热电子在阴、阳极间高压电场加速下，轰击阳极A产生X射线的。 测量特征X射线常用探测器，它的能量分辨率高，适用于多元素同时分析，也可选用或高纯探测器。本次实验使用的是用正比计数管作探测器的X荧光分析系统，如图1所示。为防止探测系统中脉冲叠加，除适合选择放射源强度外，前置放大器和主放大器要有抗堆积措施。激发源为X光管，样品被激发出的特征X射线，由探测器进行检测。按入射光子的能量高低转换成相应幅度的电脉冲输出，这些电脉冲经过放大、成形等信号处理过程后，将其幅度变换成数字量进行技术分类，并输出到显示器上。图1三实验测量和数据处理（1）X荧光分析仪的能量、效率刻度 仪器在实测样品前需要作能量和效率标定。常用的方法有两种：a. 用标准X射线源进行校刻。即用一组射线能量和强度已知的源，探测器对其张一固定立体角，在固定时间内测出对应能量的X射线峰和计数，作出能量效率校正曲线。b. 用标准样品进行校刻。可选一组特征X射线峰相隔较远，峰不重叠的元素，制成一组样品，在与测试样品相同的几何条件下，测出各元素的特征X射线峰所在的道址和相应计数。由特征X射线能量数据表查出标样中各元素特征X射线的能量，作出能量道址曲线。 本实验采用的是第二种校刻方法。由于和，和，和的能量非常接近，为同一标准均取、或线系能量。实验数据如下表1：元素道址线系特征X射线的能量(KeV)Fe1646.40384Cu2108.04778Zn2258.63886Pb28410.5515Pb34212.6137Y40714.9584Mo46917.47934表1 需要注意的是上图中Y和Ti元素实际测量中是测的和，但由于O的特征X射线能量非常低，探测器实际上无法测到，则实验测得的峰实际上便只有Y和Ti元素。另外在本实验测量中便出现了由于塑料容器对于X射线的吸收道址Ti的特征峰无法测量到的现象，因此我们将倒出在纸上完成了对Ti元素的测量。对上表数据进行拟合得到下图：图2拟合直线数据如表2参数拟合值95%置信区间斜率k0.35930.03501，0.03686截距b0.45160.1746，0.7287表2（2）利用莫塞莱定律确定屏蔽常数以及里德堡常数 莫塞莱发现元素的同系特征X射线频率与原子序数Z关系为：其中为屏蔽常数，Z为原子序数。特征X射线能量等于跃迁电子初末态壳层能量差：即：对于线系，可利用Fe、Cu、Zn、Y、Mo的能量和原子序数（表3）拟合直线来求出A和。元素ZE(keV)Fe266.40384Cu298.04778Zn308.63886Y3914.9584Mo4217.47934表3拟合作图如下：图3拟合直线数据如表4参数拟合值95%置信区间A0.10320.1026，0.10371.4920.1746，0.7287表4（3）样品测定通过莫塞莱定律和仪器校刻曲线得到下面公式通过拟合得到的参数对上面的方程作图如下：图4途中实线为拟合数据作图得到的曲线，两条虚线为95%置信区间的边界。即通过实验数据计算得到的有95%的概率落在此区域内。实验样品测量后的结果如下表：样品特征峰道址(channel-peak)ZZ值的95%置信区间推测元素可能元素黑色扁圆柱4915.914.58，17.18SP S Cl11922.5621.42，23.7VTi V16525.9724.85，27.09FeMn Fe Co38037.8836.73，39.07SrRb Sr Y一元硬币7818.9717.76，20.16KAr K Ca19527.9526.84，29.08NiCo Ni Cu五角硬币9320.3619.19，21.53CaCa Sc21128.9627.84，30.09CuNi Cu Zn一角硬币4915.914.58，17.18SP S Cl16225.7624.64，26.89FeMn Fe纸9020.0918.91，21.26CaK Ca Sc表5四实验讨论（1）测量样品与标准样品计数率相差很大，对测量有何影响： 由于只需要知道特征峰的道址，在无限时间实验中，计数率理论上对于道址的测量没有影响。但由于实际实验无法做到无限测量时间，都存在或多或少的测量涨落，因此若计数率较低，就适当的延长测量时间以尽量减低误差。（2）液体样品如何用X荧光分析测其成分： 首先测定容器的成分，记录特征峰的位置。然后测量盛有液体的容器的谱。将两者进行比较即可确定液体的成分。 需要注意的是：容器对X射线的吸收和散射应尽量小，这样才能得