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干貨分享丨X射線熒光光譜儀（XRF）基礎(chǔ)知識

來源：時間：2023-11-22 15:11:39 瀏覽：4453次

01

X射線定義及特點

X射線是一種具有較短波長的高能電子波，由于內(nèi)層軌道電子躍遷或高能電子減速產(chǎn)生，X射線的波長范圍為0.01-10nm。介于紫外線和γ射線之間，并具有部分重疊峰。

X射線與可見光相比，除了具有波粒二象性的共同性質(zhì)之外，還因其波長短、能量大而顯示其特性：

1、穿透能力強；

2、折射率幾乎等于1；

3、透過晶體時發(fā)生衍射。

02

X射線熒光光譜儀（XRF）

作為一種比較分析技術(shù)，在一定的條件下，利用初級X射線光子或其他微觀粒子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級X射線）而進行物質(zhì)成分分析的儀器。

按激發(fā)、色散和探測方法的不同，分為：

X射線光譜法（波長色散）

X射線能譜法（能量色散）

03

XRF的基本原理

用X射線照射試樣時，試樣可以被激發(fā)出各種波長的熒光X射線，需要把混合的X射線按波長(或能量)分開，分別測量不同波長(或能量)的X射線的強度，以進行定性和定量分析，為此使用的儀器叫X射線熒光光譜儀。

04

特征X射線如何產(chǎn)生

一束高能粒子（射線）在與原子的相互作用下，如果其能量大于或等于原子某一軌道電子的結(jié)合能時，可以將該軌道的電子逐出，形成空穴；此時原子處于非穩(wěn)定狀態(tài)，在極短的時間內(nèi)，軌道的外層電子向空穴躍遷，使原子恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。

那么，在外層電子躍遷的過程中，兩個殼層之間的能量差就以特征X射線的形式溢出原

位于某殼層的電子被激發(fā)稱為某系激發(fā)，產(chǎn)生的特征熒光X射線輻射稱為某系譜線。實際的物理過程十分復(fù)雜，例如L層有三個支能級，其中L1能級穩(wěn)定，不產(chǎn)生躍遷，電子會由LII、LIII向K層躍遷，分別產(chǎn)生Kα1和Kα2。

05

元素定性、定量分析基礎(chǔ)理論

1、莫塞萊定律(Moseley’s law)

反映各元素X射線特征光譜規(guī)律的實驗定律。莫塞萊研究從鋁到金的38種元素的X射線特征光譜K和L線，得出譜線頻率的平方根與元素在周期表中排列的序號成線性關(guān)系。表明X射線的特征光譜與原子序數(shù)是一一對應(yīng)的，使X熒光分析技術(shù)成為定性分析方法中最可靠的方法之一。

2 、布拉格定律(Bragg’s law)
反映晶體衍射基本關(guān)系的理論推導(dǎo)定律，1912年英國物理學(xué)家布拉格父子（W.H. Bragg和W.L. Bragg）推導(dǎo)出了形式簡單，能夠說明晶體衍射基本關(guān)系的布拉格定律。此定律是波長色散型X熒光儀的分光原理，使不同元素不同波長的特征x熒光完全分開，使譜線處理工作變得非常簡單，降低了儀器檢出限。

3、比爾-朗伯定律(Beer-Lambert’s law)

反映樣品吸收狀況的定律涉及到理論X射線熒光相對強度的計算問題。對于X射線熒光分析技術(shù)來說，原級射線傳入樣品的過程中要發(fā)生衰減，樣品被激發(fā)后產(chǎn)生的熒光X射線在傳出樣品的過程中也要發(fā)生衰減，由于質(zhì)量吸收系數(shù)的不同，使得元素強度并不是嚴(yán)格的與元素濃度成正比關(guān)系，而是存在一定程度的偏差。因而需要對此效應(yīng)進行校正，才能準(zhǔn)確的進行定量分析。

06

定性分析

不同元素的熒光X射線具有各自的特定波長，因此根據(jù)熒光X射線波長可以確定元素的組成。但如果元素含量過低或存在元素間的譜線干擾時，需要人工鑒別。在分析未知譜線時，需要考慮到樣品的來源，性質(zhì)等因素，以便綜合判斷。

07

定量分析

X射線熒光光譜法進行定量分析的依據(jù)是元素的熒光X射線強度Ii與試樣中的含量Wi成正比：

Ii=IsWi

式中，Is為Wi=100%時，該元素的熒光X射線強度。根據(jù)上式，可以采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，增量法，內(nèi)標(biāo)法等進行定量分析。但是這些方法都要使標(biāo)準(zhǔn)樣品的組成與試樣的組成盡可能相同或相似，否則試樣的基體效應(yīng)或共存元素的影響，會給測定結(jié)果造成很大的偏差。