X射线荧光光谱仪操作步骤

２００６年第９期（第１１７期）　佛山陶瓷　３３　知识讲座　浅述Ｘ射线荧光光谱仪的应用　余荣台　余祖发　（１江西景德镇陶瓷学院工程中心江西景德镇　３３３００１　２江西景德镇陶瓷学院江西景德镇　３３３００１）　摘要　主要介绍了波长色散Ｘ射线荧光光谱分析的原理及其应用。　关键词Ｘ射线荧光，探测器，二次激发　

Ｘ荧光分析是一种快速、无损、多元素同时测定的分　析技术，已广泛应用于材料、冶金、地质、生物医学、环境监　测、天体物理、文物考古、刑事侦察、工业生产等诸多领域，　可为相关生产企业提供一种可行的、低成本的、及时的检　测、筛选和控制有害元素含量的有效途径。　２　波长色散Ｘ荧光分析简介　２．１基本原理　以一定能量的光子、电子、原子、Ｑ粒子或其它离子　轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击出，产生电子空　位，使原子处于激发态；外壳层电子向内壳层跃迁，填补内　壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态，跃迁　能量以特征Ｘ射线形式释放或转移给另一个轨道电子，使　该电子发射出来，形成俄歇电子。通过探测器测出特征Ｘ　射线．即可确定所测样品中元素的种类和含量，其基本结　构原理如１所示。　

图１　Ｘ荧光光谱仪基本结构原理　当原子中Ｋ层电子被击出后，Ｌ层或Ｍ层的电子填补Ｋ　层电子空位，同时以一定几率发射特征Ｘ射线。Ｌ—Ｋ产生的　Ｘ射线叫Ｋ　系，Ｌ层有３个子壳层，允许跃迁使Ｋ　系有２　条谱线Ｋ　和Ｋ　ｏ　２；Ｍ—Ｋ产生的Ｘ射线叫ＫＢ系，Ｍ层有５个　子壳层，允许跃迁使Ｋ　Ｂ系有３条谱线Ｋ　Ｋ￣ｚ，Ｋ　Ｂ。。当原子　中Ｌ层电子被击出后，　Ｌ跃迁产生的Ｘ射线叫Ｌ系。特征　Ｘ射线的能量为两壳层电子结合能之差，即：　ＥＫ　＝ＢＫ—ＢＬ　ＥＫ日　ＢＫ—ＢＭ　ＥＬ＝ＢＬ—Ｅ；Ｍ　所有元素的Ｋ、Ｌ系特征Ｘ射线能量的数量级为１０。～　１０　ｅＶ。　２．２　Ｘ射线激发方式　Ｘ荧光分析中激发Ｘ射线的方式一般为：　（１）用质子、Ｑ粒子等离子激发；　（２）用电子激发；　（３）用Ｘ射线或低能Ｙ射线激发。　用质子激发特征Ｘ射线的分析技术（常记为ＰＩＸＥ）　在几种激发方式中分析灵敏度最高。相对灵敏度达　ｌ０　～ｉ０１ｇ／ｇ，绝对灵敏度可达１０　～ｉ０　。ｇ，而且可将质　子聚焦、扫描，并对样品作微区分析。　用电子激发（常记为ＥＩＸ）．目前主要用在扫描电镜　中。与ＰＩＸＥ相比，电子激发引起的轫致辐射本底比质子激　发大，故分析灵敏度一般比ＰＩＸＥ低２～３个数量级。另外　这种激发方式不能在空气中进行，只适用于薄样品。　用Ｘ射线或低能Ｙ射线激发（记为ＸＩＸ），常用Ｘ光　管、放射性同位素作为激发源。这类激发用射线不能聚焦；　分析灵敏度亦稍低，相对灵敏度一般为ｉ０－５￣ｉ０　／ｇ，绝　对灵敏度约为１０１～ｉ０吨ｇ，低于ＰＩＸＥ的灵敏度。

浅述Ｘ射线荧光光谱仪的应用

摘 要 主要介绍了波长色散X射线荧光光谱分析的原理及其应用。 关键词 X射线荧光，探测器，二次激发 1引言

X荧光分析是一种快速、无损、多元素同时测定的分析技术，已广泛应用于材料、冶金、地质、生物医学、环境监测、天体物理、文物考古、刑事侦察、工业生产等诸多领域，可为相关生产企业提供一种可行的、低成本的、及时的检测、筛选和控制有害元素含量的有效途径。

2 波长色散X荧光分析简介

2.1 基本原理

以一定能量的光子、电子、原子、α粒子或其它离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击出，产生电子空位，使原子处于激发态；外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态，跃迁能量以特征X射线形式释放或转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，形成俄歇电子。通过探测器测出特征X射线，即可确定所测样品中元素的种类和含量，其基本结构原理如1所示。

图1 X荧光光谱仪基本结构原理

当原子中K层电子被击出后，L层或M层的电子填补K层电子空位，同时以一定几率发射特征X射线。L-K产生的X射线叫Kα系，L层有3个子壳层，允许跃迁使Kα系有2条谱线Kα1和Kα2；M-K产生的X射线叫Kβ系，M层有5个子壳层，允许跃迁使Kβ系有3条谱线Kβ1，Kβ2，Kβ3 。当原子中L层电子被击出后，M-L跃迁产生的X射线叫L系。特征X射线的能量为两壳层电子结合能之差，即：

KKa= BK－BL

KKβ= BK－BM

KL = BL－BM

所有元素的K、L系特征X射线能量的数量级为103～104eV。

2.2 X射线激发方式

X荧光分析中激发X射线的方式一般为：

（1） 用质子、α粒子等离子激发；

（2） 用电子激发； （3） 用X射线或低能γ射线激发。

波长色散型X射线荧光光谱仪与能量色散型X射线荧光光谱仪的区别

一．X射线荧光分析仪简介

X射线荧光分析仪是一种比较新型的可以对多元素进行快速同事测定的仪器。在X射线激发下，被测元素原子的内层电子发生能级跃迁而发出次级X射线（X-荧光）。波长和能量是从不同的角度来观察描述X射线所采用的两个物理量。波长色散型X射线荧光光谱仪（WD-XRF）。是用晶体分光而后由探测器接受经过衍射的特征X射线信号。如果分光晶体和控测器做同步运动，不断地改变衍射角，便可获得样品内各种元素所产生的特征X射线的波长及各个波长X射线的强度，可以据此进行特定分析和定量分析。该种仪器产生于50年代，由于可以对复杂体进行多组同事测定，受到关注，特别在地质部门，先后配置了这种仪器，分析速度显著提高，起了重要作用。随着科学技术的进步在60年代初发明了半导体探测仪器后，对X荧光进行能谱分析成为可能。能谱色散型X射线荧光光谱仪（ED-XRF），用X射线管产生原级X射线照射到样品上，所产生的特征X射线（荧光）这节进入SI(LI)探测器，便可以据此进行定性分析和定量分析，第一胎ED-XRF是1969年问世的。近几年来，由于商品ED-XRF仪器及仪表计算机软件的发展，功能完善，应用领域拓宽，其特点，优越性日益搜到认识，发展迅猛。

二．波长色散型X射线荧光光谱仪与能量色散型X射线荧光光谱仪的区别

虽然光波色散型（ED-XRF）X射线荧光光谱仪与能量色散型（ED-XRF）X射线荧光光谱仪同属于X射线荧光分析仪，它产生信号的方法相同，最后得到的波谱也极为相似，单由于采集数据的方式不同，WD-XRF（波谱）与WD-XRF(能谱)在原理和仪器结构上有所不同，功能也有区别。

（一）原理区别

X射线荧光光谱法，是用X射线管发出的初级线束辐照样品，激发各化学元素发出二次谱线（X-荧光）。波长色散型荧光光仪（WD-XRF）是用分光近体将荧光光束色散后，测定各种元素的特征X射线波长和强度，从而测定各种元素的含量。而能量色散型荧光光仪（ED-XRF）是借组高分辨率敏感半导体检查仪器与多道分析器将未色散的X射线荧光按光子能量分离X色线光谱线，根据各元素能量的高低来测定各元素的量，由于原理的不同，故仪器结构也不同。

原子荧光光谱仪的操作步骤及注意事项

原子荧光光谱法具有原子吸收和原子发射光谱两种技术的优势，克服了单一技术在某些方面的缺点，对一些元素具有分析灵敏度高、干扰少、线性范围宽、可多元素同时分析等特点，这些优点使得该方法在冶金、地质、石油、农业、生物医学、地球化学、材料科学、环境科学等各个领域内获得了相当广泛的应用。

原子荧光是原子蒸气受具有特征波长的光源照射后，其中一些自由原子被激发跃迁到较高能态，然后去活化回到某一较低能态(常常是基态)而发射出特征光谱的物理现象。各种元素都有其特定的原子荧光光谱，根据原子荧光强度的高低可测得试样中待测元素的含量。现将原子荧光光谱仪上机操作步骤和使用注意事项逐一介绍。

一、操作步骤：

Ar气→电脑→主机→双泵→水封→As灯/Hg灯→调光→设置参数→点火→做标准曲线→测样→清洗管路→熄火→关主机→关电脑→关Ar气。

二、注意事项：

1.在开启仪器前，一定要注意先开启载气。

2.检查原子化器下部去水装置中水封是否合适。可用注射器或滴管添加蒸馏水。

3.一定注意各泵管无泄露，定期向泵管和压块间滴加硅油。

4.实验时注意在气液分离器中不要有积液，以防液体进入原子化器。

5.在测试结束后，一定在空白溶液杯和还原剂容器内加入蒸馏水，运行仪器清洗管路。关闭载气，并打开压块，放松泵管。

6.从自动进样器上取下样品盘，清洗样品管及样品盘，防止样品盘被腐蚀。

7.更换元素灯时，一定要在主机电源关闭的情况下，不得带电插拔灯。

8.当气温低及湿度大时，Hg灯不易起辉时，可在开机状态下，用绸布反复摩擦灯外壳表面，使其起辉或用随机配备的点火器，对灯的前半部放电，使其起辉。

9.调节光路时要使灯的光斑照射在原子化器的石英炉芯的中心的正上方;要使灯的光斑与光电倍增管的透镜的中心点在一个水平面上。

10.氩气：0.2～0.3 之间。

关机之前先熄火，换灯之前先熄火，退出程序时先熄火。