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Oxford Instruments, Industrial Analysis牛津仪器（上海）有限公司工业分析部免费客服热线：400-621-5191牛津仪器X-MET8000手持式X射线荧光光谱仪金属分析技术方案●牛津仪器公司简介： (2)●牛津仪器部分近期所获荣誉： (2)●牛津仪器手持式/便携式X射线荧光光谱仪发展历史： (3)●牛津仪器制造了世界上首台便携式荧光光谱分析仪！ (4)●X-MET8000 在金属分析领域的应用： (5)●仪器的日常消耗和维护： (5)●X-MET8000 技术特点、参数和配置： (6)●技术参数表： (7)●仪器附件配置： (8)●售后服务： (10)ISO 9001:2008 Certification No: FI1017-17金属分析技术方案牛津仪器公司简介：牛津仪器于1959年在英国牛津郡成立，是牛津大学最成功的商业典范。
1989年公司在伦敦股票交易市场上市，并发展成在全球拥有十多家工厂、分公司的世界领先的科学仪器跨国集团。
目前，牛津仪器主要产品涉及X射线、超低温设备、核磁共振、超导、纳米微区分析、电子加速器和等离子体等许多技术领域。
牛津仪器于上世纪90年代初在中国设立机构，现在在中国大陆设立有上海有限公司、北京、上海、广州和成都办事处，以及上海用户技术支持中心，在全国拥有150多名员工。
牛津仪器在中国的用户遍布各个省市，涉及各个行业。
牛津仪器下属的工业产品分公司是专门从事研究、设计和制造现代分析及质量控制仪器的厂家，包括各类X射线荧光光谱仪(XRF)。
公司从事X射线荧光分析领域产品的研发制造已近50年，在手持式/便携式X射线荧光仪领域中拥有超过40年的经验。
在X射线荧光分析仪器的三个重要领域：X射线管、探测器和工作软件具有完全的自主性，掌握所有关键技术并保有若干重要技术专利。
牛津仪器制造的X射线管具有长寿命、高效能等特点，不仅用于自己制造的产品，也受到其他国际知名仪器制造商的青睐，纷纷采用在自己的X射线荧光仪上。
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。
X-射线荧光能谱仪介绍自从1895年伦琴发现X-射线以来，产生的X-射线仪器多种多样。
但是进入80年代，由于20世纪末，半导体材料和计算及技术的迅速发展，出现了Si(Li) 探测器技术和能量色散分析技术。
最近十几年在国际上一种新的多元素分析仪器迅速发展起来。
已经成为一种成熟的，应用广泛的分析仪器。
他就是X-射线荧光能谱仪,全称为：能量色散X-射线荧光光谱仪。
以下介绍一下这种仪器的情况：一. X-荧光能谱技术基本理论1．X-荧光物质是由原子组成的，每个原子都有一个原子核，原子核周围有若干电子绕其飞行。
不同元素由于原子核所含质子不同，围绕其飞行的电子层数、每层电子的数目、飞行轨道的形状、轨道半径都不一样，形成了原子核外不同的电子能级。
在受到外力作用时，例如用X-光子源照射，打掉其内层轨道上飞行的电子，这时该电子腾出后所形成的空穴，由于原子核引力的作用，需要从其较外电子层上吸引一个电子来补充，这时原子处于激发态，其相邻电子层上电子补充到内层空穴后，本身产生的空穴由其外层上电子再补充，直至最外层上的电子从空间捕获一个自由电子，原子又回到稳定态（基态）。
这种电子从外层向内层迁移的现象被称为电子跃迁。
由于外层电子所携带的能量要高于内层电子，它在产生跃迁补充到内层空穴后，多余的能量就被释放出来，这些能量是以电磁波的形式被释放的。
而这一高频电磁波的频率正好在X波段上，因此它是一种X射线,称X-荧光。
因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。
注意，这里的X-荧光要同宝石学中所描述的宝石样品在X射线照射下所发出可见光的荧光概念相区别。
2．X荧光的激发源为使被测物质产生特征X-射线，即X-荧光，需要用能量较高的光子源激发。
光子源可以是X-射线，也可以是低能量的γ-射线，还可以是高能量的加速电子或离子。
对于一般的能谱技术，为了实现激发，常采用下列方法。
a. 源激发放射性同位素物质具有连续发出低能γ-射线的能力，这种能力可以用来激发物质的X荧光。
成分分析四大家——XRF、ICP、EDS、WDS XRFXRF(X-Ray Fluorescence spectrometer)指的是X射线荧光光谱仪，可以快速同时对多元素进行测定的仪器。
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）。
从不同的角度来观察描述X射线，可将XRF分为能量散射型X射线荧光光谱仪，缩写为EDXRF或EDX和波长散射型X射线荧光光谱仪，可缩写为WDXRF或WDX，但市面上用的较多的为EDX。
WDX用晶体分光而后由探测器接收经过衍射的特征X射线信号。
如分光晶体和探测器做同步运动，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，并以此进行定性和定量分析。
EDX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射线进入Si （Li）探测器，便可进行定性和定量分析。
EDX体积小，价格相对较低，检测速度比较快，但分辨率没有WDX好。
XRF用的是物理原理来检测物质的元素，可进行定性和定量分析。
即通过X射线穿透原子内部电子，由外层电子补给产生特征X射线，根据元素特征X射线的强度，即可获得各元素的含量信息。
这就是X射线荧光分析的基本原理。
它只能测元素而不能测化合物。
但由于XRF是表面化学分析，故测得的样品必须满足很多条件才准，比如表面光滑，成分均匀。
如果成分不均匀，只能说明在XRF测量的那个微区的成分如此，其他的不能表示。
XRF的优点：•分析速度高。
测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，2-5分钟就可以测完样品中的全部元素。
•非破坏性。
在测定中不会引起化学状态的改变，也不会出现试样飞散现象。
同一试样可反复多次测量，结果重现性好。
•分析精密度高。
•制样简单，固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。
•测试元素范围大，WDX可在ppm-100%浓度下检测B5-U92，而EDX可在1ppm-100ppm下检测大多数元素，Na11-U92。
X射线能谱仪的原理介绍在许多材料的研究与应用中，需要用到一些特殊的仪器来对各种材料从成分和结构等方面进行分析研究。
其中，X射线能谱仪(XPS)就是常用仪器之一。
下面详细介绍一下X射线能谱仪的基本原理、结构、优缺点及应用。
X射线光电子能谱(XPS)也被称作化学分析用电子能谱(ESCA)。
该方法是在六十年代由瑞典科学家KaiSiegbahn教授发展起来的。
由于在光电子能谱的理论和技术上的重大贡献，1981年，KaiSiegbahn获得了诺贝尔物理奖。
三十多年的来，X射线光电子能谱无论在理论上和实验技术上都已获得了长足的发展。
XPS已从刚开始主要用来对化学元素的定性分析，已发展为表面元素定性、半定量分析及元素化学价态分析的重要手段。
XPS的研究领域也不再局限于传统的化学分析，而扩展到现代迅猛发展的材料学科。
目前该分析方法在日常表面分析工作中的份额约50%，是一种主要的表面分析工具。
基本原理X射线能谱仪为扫描电镜附件，其原理为电子枪发射的高能电子由电子光学系统中的两级电磁透镜聚焦成很细的电子束来激发样品室中的样品，从而产生背散射电子，二次电子、俄歇电子、吸收电子、透射电子、X射线和阴极荧光等多种信息。
若X射线光子由Si(Li)探测器接收后给出电脉冲讯号，由于X射线光子能量不同(对某一元素能量为一不变量)经过放大整形后送人多道脉冲分析器，通过显象管就可以观察按照特征X射线能量展开的图谱。
一定能量上的图谱表示一定元素，图谱上峰的高低反映样品中元素的含量(量子的数目)这就是X射线能谱仪的基本原理。
结构能谱仪由半导体探测器、前置放大器和多道脉冲分析器组成。
它是利用X射线光子的能量来进行元素分析的。
X射线光子有锂漂移硅Si(Li)探测器接收后给出电脉冲信号，该信号的幅度随X 射线光子的能量不同而不同。
脉冲信号再经放大器放大整形后，送入多道脉冲高度分析器，然后根据X射线光子的能量和强度区分样品的种类和高度。
X射线能谱仪的优点与缺点1、X射线能谱仪的优点(1)能快速、同时对除H和He以外的所有元素进行元素定性、定量分析，几分钟内就可完成；可以直接测定来自样品单个能级光电发射电子的能量分布，且直接得到电子能级结构的信息。
Si(Li)X射线谱仪
一、实验目的：
（1）、了解Si(Li)X射线谱仪的工作原理和基本性能；
（2）、掌握Si(Li)X射线谱仪的使用方法；
（3）、使用Si(Li)X射线谱仪分析未知元素的种类和含量；
（4）、利用55Fe的特征X射线分析Si(Li)X射线谱仪的能量分辨率；
二、实验仪器：
Si(Li)探测器(7383型)1个、液氮冷却系统1套、前置放大器(2008型)1个、线性放大器(1713型)1个、高压电源(3102型)1个、微机多道系统1个、
238Pu X射线源1个、55Fe X射线源1个、
纯金属标准样品Sr 1个(50.0μg)、金属样品Cr+Sr 1个(Cr126.7μg,Sr75.0μg)、金属样品Mn+Sr 1个(Mn144.6μg,Sr75.0μg)、金属样品Fe+Sr 1个(Fe103.6μg,Sr75.0μg)、金属样品Co+Sr 1个(Co67.8μg,Sr75.0μg)、金属样品Ni+Sr 1个(Ni100.4μg,Sr75.0μg)、金属样品Zn+Sr 1个(Zn86.8μg,Sr75.0μg)、未知样品2个
三、实验原理：
（1）Si(Li)探测器的原理
Si(Li)探测器是用锂漂移方法制成的P-I-N型探测器，即通过热处理让Li从P型单晶Si表面向内扩散，在表面一定深度内浓度超过受主杂质，使半导体类型反转成为N型，分界面处形成P-N结，通过外加高压调整节区宽度。
当射线进入节区时电离产生电子-空穴对，在电场作用下形成电流，电流大小与电子-空穴对数目相关，即与入射射线能量正相关，通过测量输出电流即可测量出入射射线的能量。
Si的原子序数是14，对低能γ射线和X射线的光吸收几率比较高，并具有良好的能量分辨率和线性以及搞得探测效率。
（2）Si(Li)X射线谱仪
Si(Li)X射线谱仪的谱线展宽主要由电离统计涨落展宽Δ1和电子学噪声展宽Δ2两部分组成。
其中
Δ1=2.35(wEF)1/2，
W是Si中射线电离产生一对载流子的平均能量，当T=77K时， 3.76
w≈eV，
0.12
F≈，是法诺修正因子，E是入射射线能量。
Δ2主要由电子学插件的性能决定，目前较高的水平约为70eV。
Si(Li)X射线谱仪的能量分辨率通常以55Mn的Kα线(5.89keV)的FWHM来
表示。
对此射线，
1120
∆≈eV，取
270
∆≈eV，则140
∆≈eV。
Si(Li)X射线谱仪的能量线性非常好。
因为一定温度下硅中每产生一对载流子消耗的能量w与射线种类和能量关系不大，而且Si(Li)探测器通常是3-5mm 后的平板形结构，灵敏区中电场分布比较均匀，当电场足够大时，载流子被充分收集。
因此，Si(Li) X射线谱仪的线性偏离可好于100eV。
Si(Li)X射线谱仪的探测效率通常以全能峰总计数和放射源释放的光子总数之比来表征，称为峰效率。
对于3-5mm厚的Si(Li)探测器，在3-20keV范围内的探测效率接近100%。
四、实验步骤：
○1打开低压电源使前置放大器处于工作状态，再打开高压电源预热60s；
○2缓慢增加高压至600V，将纯Sr标准样品置于样品台上，调节线形放大其放大倍数，使Sr的源激发Kα线峰位处于多道的750道左右，测量1600s采集X射线能谱，记录Kα线的峰位、FWHM、10%高度左右道址及之间的峰面积；
○3放上仅含粘合液的样品，采集1600s计数，得到本底谱；
○4依次放上含Cr、Co、Cu、Zn的样品，各采集1600s计数，记录各自Kα峰信息和内标的Sr的Kα峰信息，查表得5个Kα线能量，对多道进行能量刻度。
然后利用内标的Sr的Kα峰面积计数与纯Sr标准样品峰面积计数比对得到各样品中Sr的含量，并利用样品中该元素与Sr的含量之比确定出该元素的含量；
○5放上55Fe源，采集500s计数，用Kα线能量峰分析探测器的分辨率；
○6缓慢降低高压至0，关闭电源，规整仪器。
五、实验结果和分析
（1）多道能量刻度
V Sr = 760
以此为标准调整5个样品的Kα峰位信息后如表2所示
对能量E 和峰位道址V 线性拟合得能量刻度曲线为
E=0.0184V+0.17599 keV 相关系数R 2=0.99998
46
8
10
12
14
E (k e V )
V
图2、多道能量刻度曲线
（3） 待测样品元素种类分析
根据多道能量刻度曲线，待测样品中三个未知K α峰能量如表2所示。
根据K α峰能量推测，待测样品含有3种元素，分别为Cr 、Co 、Cu 。
（4） 待测样品的元素含量分析
通过三种标准样品的内标Sr 的K α峰面积与纯Sr 的K α峰面积之比确定三种标准样品中Sr 的含量，再通过标准样品元素与内标Sr 含量之比确定标准样品元素的含量，再通过标准样品K α峰面积与待测样品中对应K α峰的峰面积之比确定待测样品中3种元素的含量。
各标准样品的K α峰面积由10%高度区间的计数积分得到，当与其比对的K α峰峰位道址出现偏离时，比对峰的峰面积左右道址向峰位偏离方向移动同样多的道数。
由表5可知，待测样品中，Cr含量为60.5 μg，Co含量为17.6 μg，Cu含量为16.6μg。
（5）55Mn的Kα线分析Si(Li) X射线谱仪能量分辨率
55Mn的Kα线是由55Fe发生β+衰变到55Mn的激发态55Mn*，55Mn*退激放出5.89keV的Kα线。
55
由表6可见，Kα线的能量分辨仅为8.2%，能量展宽达到了482.1eV，比理想的140eV大了很多，说明该Si(Li)X 射线谱仪的性能已经不是太好，能量分辨比较差。
对多道测量数据采用双高斯峰拟合区分Kα峰和Kβ峰，结果如图3和表7所示。
图3中，三条红线分别是高斯拟合的Kα峰和Kβ峰以及二者组合在一起总曲线。
240
260
280300
320340360
05000
10000150002000025000
3000035000c o u n t
V
图3、55
Fe 源特征X 射线的双高斯拟合曲线
55
通过双高斯拟和处理后，系统的能量分辨率略有提高，从8.2%提升到了6.7%，但K α峰和K β峰仍然没有完全分开，K α峰的能量展宽依然有395.3eV ，和理想的140eV 相比还是差了很多，说明实验中使用的Si(Li)X 射线谱仪的能量分辨率已经不好了，Si(Li)X 射线谱仪需要重新调试或更换新设备。
