X射线衍射仪与能谱仪综合介绍.ppt

1、X射线荧光与衍射分析仪器技术,北京普析通用仪器有限责任公司,提纲,X射线原理 仪器分类 能谱仪技术应用介绍 衍射仪技术应用介绍,X射线,1895年伦琴发现X射线。 X射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比可见光短得多，介于紫外线与射线之间，约为102到102埃的范围 。X射线的频率大约是可见光的103倍，所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多，表现出明显的粒子性。由于X射线具有波长短光子能量大这个基本特性，所以，X射线光学 (几何光学和物理光学) 虽然具有和普通光学一样的理论基础，但两者的性质却有很大的区别，X射线与物质相互作用时产生的效应和可见光迥然不同。,X射线,X射线与物质的相互作用

2、,北京普析X射线分析仪器,两大类： X射线衍射仪 多晶：XD2、XD3、XD6 单晶：无 X射线荧光分析仪 能谱色散：XRF7、XRF8、XRF9 波长色散：无,X射线能谱仪产品系列,XRF9,XRF8,XRF7便携能量色散X射线荧光分析仪,XRF9能量色散X射线荧光分析仪,XRF8全反射X射线荧光分析仪,XRF7,X射线荧光激发原理,X射线荧光激发原理,基本原理： 原子在受到X射线源照射作用时，某层轨道上飞行的电子如果被X射线束打中，该电子会向更低能级轨道发生跃迁，能级差造成的多余能量被释放出来，以电磁波的形式发出。而这一高频电磁波的频率同样在X波段上，因此它也是一种X射线，称X-荧光。 因

3、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。探测器根据不同能量特征对所有收集的X荧光能量谱线进行甄别，并根据荧光强度大小进行定量，这就是能谱仪分析的主要理论依据。,X射线能谱分析应用特点,样品前处理简单（固体、粉末、薄片） 适用分析的元素范围广（一般NaU） 多元素同时分析，检出限ppm级 分析快速，几分钟完成测试 耗材、附件及周边设备简单,XRF9结构,XRF9原理框架,XRF9台式X射线荧光能谱仪,先进的多光束可调节系统 高分辨率探测器 采用XYZ三维运动样品台 大型样品分析室 CCD摄像及自动定位系统 自动调节双层六通道滤光系统,XRF9配置规格,高压电源：5

4、0kV/1mA（SPELLMAN进口） X光管：Ag靶（国产， Mo/W/Rh可选） 滤光片：6通道自动调节 样品台：120mm*120mm 三维运动控制 探测器：Si-PIN（AMPTEK进口） 信号处理系统： PX-4 （AMPTEK进口） 数据处理系统：XRF9 防护机柜：连锁防护,XRF9技术指标,XRF9功能指标,测量时间：60 300s 测量对象：块状固体、固体粉末、液体 元素分析范围：AlU 同时分析元素数量：30 含量分析范围：1ppm99% 样品三维运动控制精度：1mm 样品监视镜头数量：3（俯视、侧视、放大） 样品台尺寸：400(L)100(W)100(H)mm,XRF9软

5、件,样品运动控制 能谱获取系统 图谱处理系统 定性 能量及强度校准 定量方法建立（灵敏度、标准曲线） 输出文件版面格式设计,XRF9软件,XRF9软件,XRF9安全设计,样品室与照射工作舱独立 样品室开关操作具备感应触点 射线光闸连锁控制 指示灯提示,XRF9样品前处理,XRF9应用领域,塑料外壳、电路板等聚合物中Br、Cl、Pb、Hg、Cd测定 陶瓷、焊锡等其他样品的Cd、Pb、Hg、Br、Cr的测定 矿石、金属冶炼、铜阳极、铸铁、金银首饰、宝石鉴定 石油元素检测、各种催化剂、陶瓷材料 血液、体液、毛发、药品等微量元素分析 工业排放污水、土壤中重金属测量 水泥、钢材元素分析,XRF7便携X射

6、线能谱仪,X射线能谱仪器的构成（小型便携）,XRF7便携X射线能谱仪,X射线能谱仪器的构成（小型便携）,XRF7技术指标,元素分析范围：铝(Al)铀(U) 元素含量分析范围：1 ppm-99.99% 测量时间：300秒 整机功率：40W 重量：1.7kg 测量对象：块状固体、液体、固体粉末 X射线辐射剂量1Sv/h 重复性：RSD4,XRF7应用领域,RoHS指令电子信息产品有害物质检测 环境保护行业（自来水、污水污泥等） 农业（土壤中元素的快速测定） 地矿、冶金 合金回收 考古以及材料行业 轻工、食品,XRF8 全反射X射线荧光能谱仪,全反射X射线能谱,仪器的特点与传统X射线能谱仪的区别,全

7、反射X射线能谱,全反射X射线能谱分析图谱示意,全反射X射线能谱,全反射X射线能谱分析图谱示意,全反射X射线能谱,技术指标 多元素同时分析 从11号元素Na到92号元素U，一次同时分析近30种元素； 检出限低 最低绝对检出限：ngpg级（ 109 1011 g ） ； 最低相对检出限：ppb级； 样品用量少 可对固体、粉末、液体、悬浮物、过滤物、大气飘尘、薄膜样品等进行定性、定量分析，样品用量L、g级； 测量时间短 30秒600秒 前处理简单，直接测量 粉末样品、悬浮液样品等有平面的样品都可直接进行分析； 使用功率小于0.5kW，安全可靠。,全反射X射线能谱,分析应用的特点粉末样品制备与测试 混

8、合均匀的粉末样品（悬浮质、土壤、矿物、金属、色素、生化样品，等等），可以把样品直接放在样品架上直接测量。典型的方法是，使用小勺或无尘纸转移几微克（g）的样品到样品架上。单个的微量样品（颗粒，长条等）也可以用类似的方法直接制样。 粉末样品也可以使用挥发性溶剂如丙酮或甲醇制成悬浮液，悬浮液用移液管转移到样品架上，还可以使用微波消解的办法 。,全反射X射线能谱,分析应用的特点粉末样品测试示意,全反射X射线能谱,分析应用的特点液体样品制备与测试 悬浮液样品可以沉积在样品托上，对于溶液或高纯液体，用加内标元素可进行定量测量，测定限可达ng/g量级或者更低。液体样品必须制备在能全反射X射线的样品架上。样品

9、架的直径约30mm，材料通常是石英玻璃或碳玻璃。使用微量移液管转移几微升（l）试液到样品架上，然后在干燥器里蒸发或在烘箱中干燥。如果是由不规则固体样品转换制备的液体样品，前处理过程必须确保样品的代表性以保证结果准确。,全反射X射线能谱,分析应用的特点 样品量示意全反射能谱与普通X射线能谱仪,X射线衍射仪,晶体：原子在三维空间中长程有 。序排列 晶胞：重复排列的最小单元称晶胞 晶胞参数：三个轴长 a , b , c。A 三个轴的夹角 , , 按排列规律可分为7种晶系，14种。点阵，230种空间群 大部分种类的物质是晶体 。,晶体知识,简单立方 体心立方 面心立方,a = b = c = = =

10、90,简单四方（正方） 体心四方（正方）,a = b c = = = 90,简单正交 体心正交 底心正交 面心正交,a b c = = = 90,简单单斜 底心单斜,a b c = = 90 ,三斜,a b c 90,六方,a = b c， = = 90， = 120,三方(菱形),a = bc， 90 = = 120,7种晶系，14种点阵，晶胞参数(边长a,b,c 夹角,),入射X射线，波长,衍射X射线,衍射角,晶体点阵,晶面间距 = d hkl,当X射线照射到晶体上时，每个原子都散射X射线：相干散射和不相干散射 如左图：产生衍射的条件是两层的光程差是波长的整数倍 2d hkl sin n

11、布拉格公式,晶体有不同的晶面，不同的晶面有不同的晶面间距，如左图的 d1，d2，d3，各自的衍射角不同，各自的衍射强度也不同。 实际晶体是三维的点阵排列，衍射也是在三维空间产生。,d1,d2,d3,h k l晶面,X射线衍射原理,方法实质：X射线与物质作用产生衍射现象 衍射分析三要素：峰位、峰强、峰形 不同物质的晶体结构不同，衍射图谱也不同：衍射线的分布，各衍射线的角度，各衍射线的相对强度比不同,X射线衍射仪的应用,粉末X射线衍射仪应用范围遍及广泛的部门和领域。在材料科学、物理学、化学、石油化工催化剂、地质、矿物、冶金、钢铁、陶瓷、建材、电子、土壤、环保、药物、医学，以至考古、刑侦、商检等众多

12、学科、相关的工业、行业中都有重要的应用，是理工科院校和涉及材料研究、生产的研究部门、厂矿实验室的重要的、不可缺少的大型分析设备。,粉末X射线衍射仪为固态物质分析鉴定工作不可缺少的基本分析仪器。,X射线衍射仪的应用,粉末衍射仪的重要应用： 物相分析（物相鉴定和定量分析，结晶度分析） 晶体结构分析或精修 （Rietveld分析） 晶体结构参数的测定( 相界的测定、分子筛SiO2/Al2O3比的测定、宏观应力的测定.等等。) 晶粒尺寸、微观应力的测定 织构分析（晶粒取向分析） 薄膜分析（薄膜物相组成,薄膜反射率测定.）,物相定性分析,NiO 47-1049,Si 27-1402,Fe 2O3 33-

13、0664,20,100 ,测定所需鉴定的样品，得到它的衍射峰的位置和强度。与标准数据库对比。和数据库中的哪种或哪几种物质的数据相符，即确定样品为那种物质或那几种物质所组成。与比对指纹确认人同一原理,2 ,物相定量分析,原则：在一定的入射光强度和衍射几何参数下，一个物相的各个衍射线的强度是一定的、可以计算的。各物相的含量固定时，各物相的衍射线的强度比是固定的。测量各物相的衍射线的强度比，求出各物相的百分含量。,例3：物相定量分析（K值外标法）,K值定量具体方法（举例说明）： 设混合物中含有1号和2号两种物相，测得它们峰强度为I1和I2，查标准卡片库可知他们的K值（KI/ IAl2O3）分别为K1

14、和K2，那么 1号百分含量 2号百分含量 存在多种物相则依次类推,物相定量分析,已结晶部分占整体的质量（Wc）或体积（c）百分数 Ic Ic： 结晶部分的衍射积分强度 Wc,x = Ic + KxIa Ia： 非晶体部分的散射强度 Kx：校正系数,测量谱,分解为结晶部分和非晶态部分,结晶度分析,【注：晶胞参数的计算按照公式：a5.0509/sin（1010米）硅铝比的计算按照公式：SiO2/Al2O3（0.00868192/（a-24.191）-1）2】,点阵参数分析,以测定NaY分子筛硅铝比为例,2,此衍射线宽化,晶粒细化。也存在微观应力、缺陷,微观应力逐步消除，再结晶，晶粒逐步长大,晶粒大

15、小分析,样品实测线形,仪器线形,样品物理线形,98,103. 5 ,实际测试求解例： 实验法仪器线形 晶粒大小：207 埃,实际测得的样品衍射线形 仪器线形 样品物理线形 用傅立叶变化求解。实际最大能用到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,样品能前倾从垂直到前倾75度 样品需要在自身平面内自360度旋转 每变换一个前倾角度，样品自转360度 为克服晶粒度过大问题，样品可以作在自身平面内作复平移运动,织构分析,再结晶低炭钢板的110极图,横向,轧向,等高线边的数字表示强度,织构分析,X射线衍射仪的应用举例,表面宏观残余应力分析（倾斜法或者K轴倾斜法），下

16、面是一种钢铁样品用倾斜法测定其表面宏观残余应力，测定结果为-2213MPa，为压应力,X射线衍射仪的应用举例,高聚物的衍射图,X射线衍射仪的应用举例,XD系列衍射仪小角测试实验报告,XD3测试结果 岛津测试结果,X射线衍射仪的应用举例,在药物方面应用：蒙脱石散晶型鉴定,X射线衍射仪的应用举例,那格列奈 晶型鉴定,X射线发生器 测角仪 X射线强度测量系统 衍射仪控制与衍射数据采集分析系统,XRD构成,普析通用三种型号衍射仪,XD2：立式测角仪-2XD3：立式测角仪-结构,普析通用三种型号衍射仪,XD6：立式测角仪-结构扫描半径可调,结构先进精度高,立式测角仪：利于操作者放置和更换样品，是国内唯一

17、有成熟产品的厂家 重现性达到0.0006 测量重复性0.001 最小步进角度0.0005 超强的低角度扫描功能：常规扫描角度可以从0.5开始,安全可靠,配有完善的冷却、电气、温度等系列报警与保护装置 完善的窗口连锁与机柜门连锁机构 上半部机柜内有铅皮夹层防护，正面大面积铅玻璃 整机通过了北京市卫生局的防辐射检测，结果为最大0.2Sv/h （国标规定小于2.5Gy/h，在正常密度空气中，1Sv1Gy）,重视安全机构设计,机柜设计与测角仪光闸采用了连锁机构，未到指定位置X射线无法开启，严防X射线泄漏。经实际检测，散射X射线剂量0.2Sv/h，且未未扣除天然本底，扣除会更小。（有卫生部门实测数据）,

18、产品成熟、性能稳定,XD2/3推出至今7年有余，技术成熟，用户近百家。 经用户长期使用（8个月），-石英101衍射角标准偏差优于0.0015，优于国家JJG629-1989检定A级标准。,多种资质认证,教育部科技成果鉴定 教SSW2002第003号,多种资质认证,放射工作许可认证 京卫放证字2005第C742号,应用支持强大,北大、清华的专家教授做为应用技术顾问 公司提供专业应用技术人员的应用支持和专业使用培训 我们的专业分析网站和论坛：微构分析实验室（） ICDD机构成员，中国唯一衍射仪生产厂家成员,附件齐全,样品片,类型：玻璃或铝基体 通孔型样品片 盲孔型样品片 微量型样品片,冷却循环水装置,型号：CW-2F,由于X光管工作时99%以上的能量以热量的形式释放，所以必须对X光管通冷却循环水，冷却受击靶面，保证X光管的正常使用。 左