《仪器分析》课程教学资源（PPT课件）第十五章 X射线光谱与电子能谱分析法 X-ray spectrometry and electron spectroscopy（15.2）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 ofX-ray fluorescence 子能谱分析法=、X射线光光谐仪 X-ray fluorescence spectrometer X-ray spectrometry and 三、应用 electron spectroscopy 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}一内层电子跃迁1日一空穴外层电子跃迁L X射线荧光>次级X射线入 荧光X射线 (能量小) (能量大) 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λ K L 确定待测元素——定性 Ⅹ射线荧光强度—定量 00:02:10

00:02:10 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 Auger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 电子 Auger效应几率 荧光辐射 光电子 K Z<11的元素; 重元素内 重元素的外层 层空穴; 空穴 K,L层; 00:02:10

00:02:10 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(λ)随元素的原子序数(Z) 增加,有规律地向短波方向移动。 1/2 1)=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。 00:02:10

00:02:10 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

、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Brag方程进行色散; 测量第一级光谱n=1 试样 德 检测器角度20; 分光晶体与检测器同步 转动进行扫描。 波长色散型X射线荧光光谱仪 00:02:10

00:02:10 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 Ra Cr K 同步转动进行扫描。 Co K NiK 1009080706050403020 Co KaNiK Cr Ks FeK M nEal rKa Fe ka l8 MnKs Ni Cr KB Mo Ka Mo Ka18 WLBI WLB 50 26 一种高温合金的X射线荧光光谱图 不锈钢的X荧光光谱图 00:02:10

00:02:10 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 靶材分析元素范围使用谱线 分析轻元素:铬靶 22-们或23-V 密封式X射线管的结构图 1一电缆芯线;2一高压电缆;3一高电压绝缘插头;4一电子束;5—玻璃壁 Cr轻元素 6接点;7一金属壁;8一灯丝;9一窗;10—喷嘴;11-法兰 12—阳极(靶)焦点实际大小:1×10mm 00:02:10

00:02:10 （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/m测定元素 晶体色散作用;=2dsin0 LiF(422) 0.165287-Fr~29-C 平面晶体分光器 LiF(420) 0.18084-Po~28-Ni 弯面晶体分光器 LiF (200) 0402758-ce~19-K ADP(112) 061448-cd-16S (磷酸二氢铵) 分光晶体(弯晶) Ge 0.653246-Pd~15-P PET (002) 087240-z~13-A (异戊四醇) 射 EDDT(020) 0.88841-Nb~13-A 第一狭缝R (右旋-酒石酸乙二胺) LOD 100412-Mg~5-B 试样 弯面晶体X射线荧光仪示意图 (硬脂酸铅) 00:02:10

00:02:10 （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)检测器脉冲信号 X射线气 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; 2k 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 区xxp型Si X射线 L漂移硅 n型Si Nl(m)晶体 去前置 场效应晶体管 放大器 探测器电源} 输出 半导体计数器 闪烁计数器 00:02:10

00:02:10 （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 AgLa脉冲 AKα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 00:02:10

00:02:10 （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