X射线荧光光谱分析仪基础知识

K系线的形成时P轨道电子跃迁至S轨道形成 L系线的形成时是由p→s, s→p, d→p电子跃迁形成
X射线与物质的相互作用
X射线
散射X射线
相干的
物质中的电子在X射线电场的作用下，产生强迫振动，这样每个电子在各 个方向产生与入射X射线同频率的电磁波，新的散射波之间发生的干涉现 象称为相干散射。
非相干的+反冲电子=康普顿效应
电磁波谱
X射 线
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ射线的产生
X射线管结构
X射线是高速运动的粒子与某种物质相撞击后猝然减速，且与该物质中的内层电子相互作用而产生的。 X射产生的条件: 产生并发射自由电子（加热钨灯丝）。 在真空中迫使自由电子朝一定方向高速运动（加一很高的管电压）。 在高速电子流的运动路程上设置一障碍物（阳极靶），使高速运动的电子突然受阻。
质量吸收系数
t 当一束X射线通过物质后，由于散射和吸收的作
用使其透射方向上的强度衰减，衰减的过程与所经过 物质中的距离t和物质的线吸收系数μ成正比。
同种物质对不同波长的射线系数是不一样的，比 如：Pb是很好的用来挡射线的物质，但是对于铜Ka来 说，Fe的吸收比Pb更强。
I0：入射光初始强度 I：经过物体后的出射强度 μ： 线吸收系数（包含光电吸收和散射吸收） μm: 质量吸收系数 ρ: 样品密度 L: 射线在样品中的辐射距离
光电子
光电效应
荧光X射线 俄歇电子
当能量不是特别高的X射线光子与束缚力不大的外层电子或自由电子碰撞 时，电子获得部分动能成为反冲电子，使得散射光子的能量低于入射光 子能量。X射线光子离开了原来的方向，相另外的方向发射。它会增加连 续背景，原子序数越低，康普顿散射作用越强，因此轻基体会产生较强 的康普顿散射峰，甚至会掩盖待测元素的有用信息。
透射X射线，强度衰减Ix
Ix I 0 exp(L)
热能
能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。 驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外 层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸 收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦 称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄 歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较 外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收， 而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光。
在该PN结加反向偏置场， n型硅全耗尽，内部形成平行表面的电场．耗尽层电离辐射产生的 电 子受电场力作用，向极低电容的收集阳极“漂 移”，形成计数电流,如果激发１个电子空穴 对所需能 量为 w，入射 X射线能量为E ，那么生 成的电子数目N为E/w。
与传统的 Si(Li)探测器相比， SDD 探测器的输出电容小。因此，它具有高能量分辨率、高量子 效率、高信 噪比以及计数率动态范围高等优点。SDD 探测器被广泛地应用在 X 射线荧光光谱、空 间 X 射线探 测等领域。
因散射构成待测元素的背景，对元素的测定特别是痕量元素的测定带来不利的影响，然而利用散 射线作为内标，则可以校正基体的吸收效应和非均匀效应，因此研究X射线在物质中的散射现象是十 分重要的。
荧光产额
荧光产额是指内层中的电子因受X射线照射所产生的空位被外层电子填充辐射出X射线荧光的
分数几率。
针对特定的电子层而言的，例如ω k是K系的荧光产额，与俄歇电子激发是一种相互竞争的关系。
由于质量系数系数可查，所以应用更常见，
吸收边
质量吸收（衰减）系数与波长存在如下图关系：
L层亚层更多，表现的吸收 跃迁也较多。 不同物质对同种波长吸收不同， 同种物质对不同波长的吸收也 不同，如Fe对CuKa的吸收是 非常强的。 应用：滤光片的作用；靶材选择。 为使其特征谱不被样品强烈吸收， 选择产生的偏离样品特征射线波 长的靶材。
目录
X射线物理学基础 探测器 X射线荧光光谱仪结构原理 定性定量分析
X射线物理学基础
X射线本质及产生 连续谱和特征谱 X射线与物质之间的作用
X射线本质
由于未知这种射线的本质，将它成为X射线。是一种波长极短、能量很大的电磁波，波长范为 0.001～10纳米，能量为124~0.124kev。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现，故又称伦琴射 线。
连续谱和特征普
能量为eV的电子与阳极靶的原子碰撞时，电子失去 动能，其中部分以光子的形式辐射，碰撞一次生成一个 能量为hv的光子，一个电子可以发生多次碰撞，每次碰 撞产生的能量越来越小，即波长越来越长。因其为大量 随机变化的，所以不是固定值而是连续变化的。
X射线产生波长是固定的吗？
连续谱的强度： 无损转化→短波限
荧光产额
一般而言随原子序数的增加，荧光产额显著上升，对轻元素，荧光产额很低，这也是利用XRF 分析轻元素比较困难的原因。
元素 C
不同元素的K系荧光产额
O
Na
Si
K
Ti
Fe Mo Ag Ba
ωK 0.0025 0.0085 0.024 0.047 0.138 0.219 0.347 0.764 0.83 0.901
ML K
连续谱和特征谱
X特征谱Kα
当高速电子能量足够大时， 阳极中处于基态的K层电子被击出， 原子系统能量由基态升到K激发态， 高能级电子向K层空位填充时长生K 系辐射。L层电子填充空位时，产生 Kα 系辐射；M层电子填充空位时产 生Kβ辐射。
所以当电压不断提高至超过临界电压时，在某些固定的波长位置，形成远高于连续谱强度的 强度峰——特征峰。
连续谱和特征谱
莫塞莱定律
阳极靶材不同产生的特征X射线不同。
为常数，均为特性系数随K，L，M，N等谱系而定。
所以通过测定X射线的能量和波长即可获知其为何种元素，识别物质组成。
特征谱线系
ML K
Kα 2 Kα 1
M壳层 L壳层 K壳层
Lα2
Lα1
Lβ1
Kβ
K：p→s L：p→s, s→p, d→p,
L吸收边 K吸收边
K为分段函数
随着X射线能量增加， 波长变短质量吸收系 数先是逐渐降低，之 后到某一能量附近突 然增大，这个突变点 的能量称为吸收边。 K吸收边是入射光的 能量能够使K层电子 产生空穴的最低能量 值。
第二部分 能量探测器
能量探测器
X射线探测器是检测X射线光子的装置，并能把它的能量按照光子振幅比例来转化为具有电子 能量的脉冲。