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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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 Conversionbetween andE nm E keV 2020 3 16 吉昂 X射线和物质的相互作用 2020 3 16 吉昂 X射线荧光和俄歇电子 Augerelectrons Characteristicx rayphotons 2020 3 16 吉昂 X射线荧光特征谱线的产生 2020 3 16 吉昂 X射线荧光特征谱线的产生 2020 3 16 吉昂 K系和L系 光特征谱线波长与原子序数的关系 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 4Be 92U 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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 X射线荧光产额 Fluorescenceyield 2020 3 16 吉昂 一些典型元素的荧光产额 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 非相干 Compton 散射 其强度随波长变短而增加 CrtargettubeRhtargettube 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 Beer Lambert定律 I I0e x where 质量吸收系数 cm2 g 密度 g cm3 x 通过吸收体的光程 cm 2020 3 16 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 Thesuddendropin valuestakesplaceatthecriticalexcitationenergy 2020 3 16 吉昂 某一元素的质量衰减系数 对入射X光波长 作图 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 质量衰减系数 themassphotoelectricabsorptioncoefficient themassscatteringabsorptioncoefficient coh inc coh thecoherent Rayleigh inc theincoherent Compton 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 谱线分数 f 的一些典型数据 2020 3 16 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 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 从钨靶 光菅产生的 射线原级谱 2020 3 16 吉昂 从一个样品发出的X射线荧光光谱 2020 3 16 吉昂 X光菅发出的连续谱 Shapeofthecontinuum themaximumintensityat 2 min 2020 3 16 吉昂 X光菅电压对连续谱形状的影响 Influenceofkilovolts 2020 3 16 吉昂 X光菅电流对连续谱形状的影响 InfluenceofmA 2020 3 16 吉昂 铑靶X光菅对铝K系特征X射线的激发 2020 3 16 吉昂 铑靶X光菅对钼K系特征X射线的激发 2020 3 16 吉昂 无限厚 示意图 2020 3 16 42 可编辑 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 一些典型谱线在不同基体中的无限厚度数据 2020 3 16 吉昂 WDXRF谱仪的结构图 2020 3 16 吉昂 EDXRF谱仪结构 2020 3 16 吉昂 E5结构 ThenextstepinXRF新一代XRF 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 Axiossystems Axios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AnalysisfromBe U分析范围Be U2 4kWoperation2 4千瓦Rh anodePANalyticalSuperSharpTube铑靶超尖锐X光管SuperQ4新版本SuperQ 2020 3 16 吉昂 Axiossystems Axios 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AnalysisfromBe U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 2020 3 16 吉昂 Axiossystems Axios 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 2020 3 16 吉昂 Axiossystems Axios 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 2020 3 16 吉昂 Axios Nocompromiseonflexibility Upgradeoptions 升级选项Power2 4 3 0 4 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 2020 3 16 吉昂 Polarizingenergy dispersiveXRF 3 dimensionaloptics Cartesiangeometry highpeaktobackgroundratio Epsilon5 2020 3 16 吉昂 PatentedGdtube Noexternalcooling non destructiveHeavymetalK lineexcitation 600W Gdanode 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 Gedetector 100 efficientZ 11 92 0 3mm 2020 3 16 吉昂 Gedetector Resolutionlessthen140eV LN2cooledBetterresolutionathighenergiescomparedtodispersionofcrystals WDXRF 2020 3 16 吉昂 ComparisonwithWDXRF SuperiorperformancefromMotoREE Epsilon5 2020 3 16 吉昂 Venus灵敏度 2020 3 16 吉昂 VenusLLD 100s 2020 3 16 吉昂 MiniPal灵敏度 2020 3 16 吉昂 MiniPalLLD 100s 2020 3 16 吉昂 LLDVenus与MiniPal 2020 3 16 吉昂 LLDMagiX对Veneus 2020 3 16 吉昂 Epsilon5与WDXRF比较 2020 3 16 吉昂 C的测定 2020 3 16 吉昂 N的测定 2020 3 16 吉昂 Br的测定 2020 3 16 吉昂 Th的测定 2020 3 16 吉昂 LLDOFCANDN 2020 3 16 吉昂 LLDOFGEO 2020 3 16 吉昂 土址中重金属检测限 土址中重金属的检测限 2020 3 16 吉昂 食用油中金属元素的检测限 ppm 2020 3 16 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 2020 3 16 吉昂 水系沉积物和土址的分析结果 2020 3 16 吉昂 谱仪稳定性 1 测定20次结果 2 10天测定结果 2020 3 16 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 MiniPal2EDXRF的检测限 原子序数在27