EDXRF原理介绍

EDXRF原理介紹 X射线荧光光谱分析的基本原理 当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时 驱逐一个内层电子而出现一个空穴 由于原子核引力的作用 需要从其较外电子层上吸引一个电子来补充 这时原子处于激发态 其相邻电子层上电子补充到内层空穴后 本身产生的空穴由其外层上电子再补充 直至最外层上的电子从空间捕获一个自由电子 原子又回到稳定态 基态 X射线荧光光谱分析的基本原理 这种电子从外层向内层迁移的现象被称为电子跃迁 由于外层电子所携带的能量要高于内层电子 它在产生跃迁补充到内层空穴后 多余的能量就被释放出来 这些能量是以电磁波的形式被释放的 而这一高频电磁波的频率正好在X波段上 因此它是一种X射线 称X 荧光 因为每种元素原子的电子能级是特征的 它受到激发时产生的X 荧光也是特征的 X射线荧光光谱分析的基本原理 K层电子被逐出后 其空穴可以被外层中任一电子所填充 从而可产生一系列的谱线 称为K系谱线 由L层跃迁到K层辐射的X射线叫K 射线 由M层跃迁到K层辐射的X射线叫K 射线 同样 L层电子被逐出可以产生L系辐射 如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层 此时就有能量 E释放出来 且 E EK EL 这个能量是以X射线形式释放 X射线荧光光谱分析的基本原理 产生的就是K 射线 同样还可以产生K 射线 L系射线等 在看熒光譜圖時 能看K線就晝用K線 并且要判斷某元素是否存在時光有Ka線還不能說明問題 需要K 或L線系來輔助 X熒光激發源 为使被测物质产生特征X 射线 即X 荧光 需要用能量较高的光子源激发 光子源可以是X 射线 也可以是低能量的 射线 还可以是高能量的加速电子或离子 对于一般的能谱技术 为了实现激发 常采用下列方法 a 放射性同位素物质具有连续发出低能 射线的能力 这种能力可以用来激发物质的X荧光 用于源激发使用的放射性同位素主要是 55Fe 铁 109Cd 镉 241Am 镅 244Cm 锔 等 X熒光激發源 源激发具有单色性好 信噪比高 体积小 重量轻的特点 可制造成便携式或简易式仪器 但是源激发功率低 荧光强度低 测量灵敏度较低 另一方面 一种放射性同位素源的能量分布较为狭窄 仅能有效分析少量元素 因此 有时将两种甚至三种不同的放射性同位素源混合使用 以分析更多的元素 X熒光激發源 b 管激发管激发是指使用X 射线管做为激发源 X 射线管是使用密封金属管 通过高压使高速阴极电子束打在阳极金属材料钯上 如Mo靶 Rh靶 W靶 Cu靶等 激发出X 射线 X 射线经过 X射线 管侧窗或端窗 并经过准直后 照射被测物质激发X 荧光 由于X 射线管发出的X 射线强度较高 因此 能够有效激发并测量被测物质中所含的痕量元素 另一方面X 射线管的高压和电流可以随意调整 能够获得不同能量分布的X 射线 结合使用滤光片技术 可以选择激发更多的元素 X 射线荧光能谱 物质是由一种元素或多种元素组成的 当光子源照射到物质上时 物质中各种元素发出混和在一起的各自特征的X荧光 这些特征的X荧光具有特征的波长或能量 每种荧光的强度与物质中发出该种荧光元素的浓度相关 为了区分混和在一起的各元素的X 荧光 常采用两种分光技术 一是通过分光晶体对不同波长的X 荧光进行衍射而达到分光目的 然后用探测器探测不同波长处X 荧光强度 这项技术称为波长色散光谱 X 射线荧光能谱 另一项技术是首先使用探测器接收所有不同能量的X 荧光 通过探测器转变成电脉冲信号 经前置放大后 用多道脉冲高度分析器 MPHA 进行信号处理 得到不同能量X 荧光的强度分布谱图 即能量色散光谱 简称X 荧光能谱 能量色散X 荧光的探测器 X 荧光是波长极短的电磁波 为非可见光 需要使用探测器进行探测 探测器可以将X 荧光电磁波信号转换成电脉冲信号 依分辨率高低档次由低至高常用的探测器有NaI晶体闪烁计数器 充气 He Ne Ar Kr Xe等 正比计数管器 HgI2晶体探测器 半导体致冷SiPIN探测器 高纯硅晶体探测器 高纯锗晶体探测器 电致冷或液氮致冷Si Li 锂漂移硅晶体探测器 Ge Li 锂漂移锗探测器等 能量色散X 荧光的探测器 探测器的性能主要体现在对荧光探测的检出限 分辨率 探测能量范围的大小等方面 低档探测器有效检测元素数量少 对被测物质中微量元素较难检测 分辨率一般在700 1100eV 一般可分析材料基体中元素数量较少 元素间相邻较远 含量较高的单个元素 中档探测器有效检测元素数量稍多 对痕量元素较难检测 分辨率一般在200 300eV 一般用于检测的对象元素不是相邻元素 元素相邻较远 至少相隔1 2个元素以上 基体内各元素间影响较小 能量色散X 荧光的探测器 高档探测器可以同时对不同浓度所有元素 一般从Na至U 进行检测 分辨率一般在150 180eV 可同时测定元素周期表中Na U范围的任何元素 对痕量检测可达几个ppm量级 X 荧光能谱定性定量分析 对采集到的X 荧光能谱