内蒙古大学：《仪器分析化学》课程教学资源（PPT课件）第十五章 X射线光谱分析法 第二节 X射线荧光分析

第十五章 一、X射线荧光的产生 X射线光谱与电 creation of X-ray fluorescence 子能谱分析法 二、X-射线荧光光谱仪 X-ray fluorescence spectrometer X-ray spectrometry and electron spectroscopy 三、应用 第二节 applications x-射线荧光分析 X-ray fluorescence spectrometry 下一页

第十五章 X射线光谱与电 子能谱分析法 一、X-射线荧光的产生 creation of X-ray fluorescence 二、X-射线荧光光谱仪 X-ray fluorescence spectrometer 三、应用 applications 第二节 x-射线荧光分析 X-ray spectrometry and electron spectroscopy X-ray fluorescence spectrometry

、 X-射线荧光的产生 creation of X-ray fluorescence 特征X射线荧光-一特征X射线光谱 X射线荧光 碰撞 内层电子跃迁↑H 空穴 外层电子跃迁↓L X射线荧光入>次级X射线入 X射线 荧光X射线 (能量小) (能量大) 0 o Auger 电子 激发过程能量稍许损失； ·光电子 依据发射的X射线荧光入 确定待测元素—定性 X射线荧光强度一定量 23:11:56 下/质

23:11:56 一、X-射线荧光的产生 creation of X-ray fluorescence 特征X射线荧光-特征X射线光谱 碰撞 内层电子跃迁↑H 空穴 外层电子跃迁↓L X射线荧光 X射线荧光  > 次级X射线  (能量小) (能量大) 激发过程能量稍许损失； 依据发射的X射线荧光  ，确定待测元素——定性 X射线荧光强度——定量

Auger效应 碰撞 内层电子跃迁↑H 空穴 外层电子跃迁↓L 原子内吸收 电子能 谱分析 自由电子 另一电子激发 Auger电子：次级光电子 各元素的AugerE电子能量固定； (电子能谱分析法的基础) 荧光X射线 竞争 o Auger Auger效应 荧光辐射 电了 儿率 光电子 Z<11的元素； 重元素内 重元素的外层 层空穴： 空穴 K,L层； 23:11:56

23:11:56 Auger 效应 Auger电子：次级光电子 各元素的Auger电子能量固定；（电子能谱分析法的基础） 碰撞 内层电子跃迁↑H 空穴 外层电子跃迁↓L 原子内吸收 另一电子激发 Auger效应 荧光辐射 竞争 几率 电子能 谱分析 自由电子 Z<11的元素； 重元素的外层 空穴； 重元素内 层 空 穴 ； K, L层；

Moseley定律 元素的荧光X射线的波长（入）随元素的原子序数(Z) 增加，有规律地向短波方向移动。 2 K(Z-S) K,S常数，随谱系(L,K,M,N)而定。 定性分析的数学基础； 测定试样的X射线荧光光谱，确定各峰代表的元素。 23:11:56

23:11:56 Moseley 定律 元素的荧光X射线的波长(  )随元素的原子序数( Z ) 增加，有规律地向短波方向移动。 ( ) 1 1/ 2  = K Z − S       K，S常数，随谱系(L，K，M，N)而定。 定性分析的数学基础； 测定试样的X射线荧光光谱，确定各峰代表的元素

二、X射线荧光光谱仪 X-ray fluorescence spectrometer 波长色散型：晶体分光 能量色散型：高分辨半导体探测器分光 1.波长色散型X射线荧光光谱仪 四部分：X光源；分光晶体： X光管 检测器；记录显示： 准直器 晶体 按Bragg方程进行色散； 测量第一级光谱n=l; 检测器角度20； 准直器 分光晶体与检测器同步 检测器 转动进行扫描。 波长色散型X射线荧光光谱仪 23:11:56

23:11:56 二、X射线荧光光谱仪 X-ray fluorescence spectrometer 波长色散型：晶体分光 能量色散型：高分辨半导体探测器分光 1. 波长色散型X射线荧光光谱仪 四部分：X光源；分光晶体； 检测器；记录显示； 按Bragg方程进行色散； 测量第一级光谱n=1； 检测器角度 2； 分光晶体与检测器同步 转动进行扫描

晶体分光型X射线荧光光谱仪扫描图 分光晶体与检测器 Fe Ka Cr Ka 同步转动进行扫描。 Co Ka NiKa 20 100 90 8070 6050403020 Ni Ka Co Ka NiK Cr Ka COK Ni K Mo Ka MoKa 8 WLB WLB2 70 60 50 40 种高温合金的X射线荧光光谱图 不锈钢的X荧光光谱图 23:11:56

23:11:56 晶体分光型X射线荧光光谱仪扫描图 分光晶体与检测器 同步转动进行扫描

(1)X射线管（光源） 表 各种靶材适合的分析元素范围 分析重元素：钨靶 材 分析元素范围 使用谱线 分析轻元素：铬靶 22-i或23-V 密封式X射线管的结构图 W~Cr 1一电模艺线，2一高压电频：3一高电压绝燥施头，4一电子束：5一玻璃蟹， Cr轻元素 6一接点：7金属壁：8一灯丝，9一窗，10一喷嘴：11一法兰 12一阳段（形）焦点实际大小：1×10m 23:11:56

23:11:56 （1）X射线管(光源) 分析重元素：钨靶 分析轻元素：铬靶 靶材的原子序数越大， X光管压越高，连续谱强度 越大

(2) 晶体分光器 表 常用的分析晶体 名 称 2d/nm 测定元素 晶体色散作用；=2dsin0 LiF(422) 0.1652 87-Fr~29-Cu 平面晶体分光器 LF(420) 0.180 84-Po~28-Ni 弯面晶体分光器 LF(200) 0.4027 58-Ce19-K ADP(112) 0.614 48-Cd~16-S (磷酸二氢铵) 分光晶体（弯晶） Ge 0.6532 46-Pd15-P PET (002) 0.8742 40-Z≈13-A1 火射线源 (异戊四醇)】 二狭缝 EDDT (020) 0.8808 41-Nb~13-A1 第一狭缝 测器 (右旋-酒石酸乙二胺)》 LOD 10.04 12-Mg~5-B 试样 弯面晶体X射线荧光仪示意图 (硬脂酸铅) 23:11:56

23:11:56 （2）晶体分光器 晶体色散作用； =2dsin 平面晶体分光器 弯面晶体分光器

(3)检测器 X射线 气体 脉冲信号 绝缘子 正比计数器（充气型）： 去前置 放大器 工作气Ar;抑制气甲烷 阳极 阴极 利用X射线使气体电离的作 气体 用，辐射能转化电能； 2kV 闪烁计数器： 探测器电源 瞬间发光一光电倍增管； 正比计数器 半导体计数器：下图 铝反射镜 光阴极光电倍增管 倍增器电极 X射线 铍窗口 8-p型Si X射线 Li漂移硅 n型Si (T)晶体 L去前置 放大器 场效应晶体管 探测器电源士 一输出 半导体计数器 闪烁计数器 23:11:56

23:11:56 （3）检测器 正比计数器(充气型)： 工作气 Ar；抑制气 甲烷 利用X射线使气体电离的作 用，辐射能转化电能； 脉冲信号 闪烁计数器： 瞬间发光—光电倍增管； 半导体计数器：下图

(4)记录显示 记录显示：放大器、脉冲高度分析器、显示： 三种检测器给出脉冲信号： 脉冲高度分析器：分离次级衍射线，杂质线，散射线 世 AgLa脉冲 A1Ka脉冲 道宽电压 时间t 计数率 噪音脉冲 脉冲高度分析器原理图 23:11:56

23:11:56 （4）记录显示 记录显示：放大器、脉冲高度分析器、显示； 三种检测器给出脉冲信号； 脉冲高度分析器：分离次级衍射线，杂质线，散射线