X射线荧光光谱法重点.ppt

X射线荧光光谱法 X射线荧光光谱法 当照射原子核的X射线能量与原子核的内层电子的能量在同一数量级时，核的内层电子吸收射线的辐射能量后发生共振跃迁，而在内层电子轨道上留下一个空穴，处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴，将过剩的能量以X射线的形式放出，所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线荧光谱线。其能量等于原子内壳层电子的能级差，即原子特定的电子层间跃迁能量。只要测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。由此建立了X射线荧光光谱 (XFS)分析法。 第一张 电压、靶材相同，随电流增加，射线强度增加，但最强射线波长不变，短波限不变。 λImax= 1.5 λmin  第二张 电流、靶材相同，随电压增加，射线强度增加，同时最强射线波长减小，短波限不断变小 。 第三张 电压、电流相同，不同靶材随着其原子质量上升，射线强度增加，最强射线波长不变, 短波限不变。 特征谱线的符号组成，以NiKα1，WLα1为例： ①化学元素符号，如Ni，W； ②线系符号（K, L, M, N）：表示填充指定壳层的空位，或电子跃迁到指定壳层所产生的特征线； ③右下方的希腊字母，通常带有一个数码下标，表示该线系中的某一条谱线，如Kα1， Kα2等。 在一组线系中，通常△n＝1的跃迁产生α线， △n＝2和3的跃迁产生β和γ线。 特征X射线 显然， 当L层电子填充K层后，原子由K激发状态变成L激发状态，此时更外层如M、N……层的电子将填充L层空位，产生L系辐射。因此，当原子受到K激发时，除产生K系辐射外，还将伴生L、M……等系的辐射。除K系辐射因波长短而不被窗口完全吸收外，其余各系均因波长长而被吸收。 两个重要结论 对于不同的元素，特征谱线的波长随原子序数的增加而减小； 对于一定的元素，各条特征谱线的强度比是恒定的，其比值只随原子序数的改变而改变。 X射线光子能量增加（波长变短），相干散射与非相干散射的强度比增大； 原子中电子的结合减弱，即原子序数减小，相干散射与非相干散射的强度比减小； 当X射线光子的能量大大超过轨道电子结合能时，以非相干散射为主； 当轨道电子的结合能接近或超过X射线的能量时，以相干散射为主。因此，非相干散射在轻原子中比较明显。 3、荧光产额 单位时间内发出的K系谱线的全部光子数除以同一时间内形成的K壳层空穴数之比。 荧光产额近似为：ω=Z4/(A+Z4) 原子序数越大荧光产额越大。 K线的荧光产额至少是L线的1000倍，L线是M线的1000倍，以此类推。 晶体分光型X射线荧光光谱仪扫描图 （1）X射线管(光源) （2）分光系统 分光晶体的选择： 考虑之一：分辨率 Resolution of a crystal depends on : surface finish purity dispersion 考虑之二：灵敏度 考虑之三: 温度的稳定性、晶体荧光等 （3）检测器 用来接受X射线，并把它转化为可测量的量，如可见光、电脉冲等。 X射线荧光光谱仪中常用的检测器有正比计数器、闪烁计数器和半导体计数器。 利用X射线能使气体电离的作用，使辐射能转变为电能而进行测量。它的外壳为圆柱形金属壁，管内充有工作气体和抑制气体的混合气体。在一定的电压下，进入检测器的X射线光子轰击工作气体使之电离，产生离子-电子对。一个X光子产生的离子-电子对的数目，与光子的能量成正比，与工作气体的电离电位成反比。作为工作气体的氩原子电离后，正离子被引向管壳，电子飞向中心阳极。 电子在向阳极移动的过程中被高压加速，获得足够的能量，又可使其他氩原子电离。由初级电离的电子引起了多级电离现象，在瞬间发生“雪崩”放大，一个电子可以引发103-105个电子，这种放电过程发生在X射线光子被吸收后大约0.1~0.2μs的时间内，在这样短的时间内，大量的雪崩放电冲击中心阳极，使瞬时电流突然增大，高压降低而产生一个脉冲输出。脉冲高度与离子-电子对的数目成正比，与入射光子的能量成正比。 由闪烁晶体和光电倍增管两部分组成，是利用X射线能使物质发光的效应而制成。闪烁晶体为磷光体，常用0.5%铊活化的NaI晶体，包在晶体外面的铝片用于反射可见光，嵌在晶体与光电倍增管阴极之间的玻璃必须与晶体具有相似的折射率。当X光子入射闪烁体时，使它产生一定的数量的可见光光子，数量与X光子能量成正比，可见光子再经光电倍增管放大，转换在脉冲信号，高度与入射X射线荧光能量成正比。 由掺有锂的硅（或锗）半导体做成，在其两面真空喷镀一层约20nm的金膜构成电极，在n、p区之间有一个Li漂移区。因为锂的离子半径小，很容易漂移穿过半导体，而且锂的电离能也较低，当入射X射线撞击锂漂移区时，在其运动途迳