X射线荧光分析仪的应用
X-Ray Flucrescence Spectrometer
武汉理工大学材料学院 张海梁
一、XRF原理和结构
1、XRF基本原理
荧光,顾名思义就是在光的照射下发出的光。X射线荧光就是待分析样品在X射线照射下发出的次级X射线,它包含了待分析样品化学组成的信息,通过对上述X射线荧光的分析确定待测样品中各组份含量的仪器就是X射线荧光分析仪。
系,测定待测元素特征X射线谱线的波长和强度就可以进行定性和定量分析。
(1)定性分析
基本公式: 1Z2
n2d sin
n1Z22dsin
(2)定量分析
基本公式:
xiKiIiii
式中:xi--------待测样中i元素浓度;
Ki--------仪器校正因子;
Ii---------待测样的荧光光谱中i元素光谱强度;
i----------i元素的吸收增强效应校正;
i---------与样品的物理形态有关,如试样的均匀性、厚度、表面结构等。
X射线荧光光谱分析根据有无标样可分为:无标样定量分析、有标样定量分析。无标样定量分析软件有:SemIQ、ASQ、SSQ。
X射线荧光光谱分析根据基体校正的角度可分为:理论影响系数法、经验系数法、实验校正法、以及理论影响系数法和实验校正法相结合的方法。
2、XRF基本结构
现代
X射线发生器(X射线管、高压电源及稳定稳流装置)、分光检测系统(分析晶体、准直器与检测器)、记数记录系统(脉冲辐射分析器、定标计、计时器、积分器、记录器)。
3、XRF的功能和优点
功能:
可以进行固体、粉末、薄膜、液体样品及不规则样品的无标样元素的定性定量分析。主要用于金属、无机非金属等材料中化学元素的成分分析,范围从Be~
优点:
1)分析的元素范围广,可分析(Be~492492U。 U)之间所有元素,也可进行全分析;
2)荧光X射线谱线简单,相互干扰少,样品不必分离;分析方法比较简便,具有重现性好,测量速度快,灵敏度高,便于自动化的特点;
3)分析浓度范围较宽,从常量到微量都可分析(含量可达10%~100%)。重元素的检测限可达ppm量级,轻元素稍差; 4)样品可以是固体、粉末、熔融片,液体等,分析对象适用于炼钢、有色金属、水泥、陶瓷、石油、玻璃等行业样品。测量样品的最大尺寸要求为直径51mm,高40mm。
5)非破坏分析; 6)主量组分的分析精度可与传统的湿化学分析相媲美,且可进行盲样分析;无标半定量方法可以对各种形状样品定性分析,并能给出半定量结果,结果准确度对某些样品可以接近定量水平,分析时间短。
7)可对薄膜和镀层进行组分和厚度的分析;
8)可进行化学态研究。
应用:
是成分分析的最通用技术之一,广泛应用于冶金、矿山、地质、建材、科研、考古、刑4
侦等各行各业。
4、XRF的分类
根据分光方式的不同,X射线荧光分析可分为能量色散和波长色散两类,也就是通常所说的能谱仪和波谱仪,缩写为EDXRF和WDXRF。 通过测定荧光X射线的能量实现对被测样品的分析的方式称之为能量色散X射线荧光分析,相应的仪器称之为能谱仪;通过测定荧光X射线的波长实现对被测样品分析的方式称之为波长色散X射线荧光分析,相应的仪器称之为X射线荧光光谱仪。
根据激发方式的不同,X射线荧光分析仪可分为源激发和管激发两种:用放射性同位素源发出的X射线作为原级X射线的X荧光分析仪称为源激发仪器;用X射线发生器(又称X光管)产生原级X射线的X荧光分析仪称为管激发仪器。
就能量色散型仪器而言,根据选用探测器的不同,X射线荧光分析仪可分为半导体探测器和正比计数管两种主要类型。
根据分析能力的大小还可分为多元素分析仪器和个别元素分析仪器。这种称 呼多用于能量色散型仪器。
在波长色散型仪器中,根据可同时分析元素的多少可分为,单道扫描X荧光光谱仪、小型多道X荧光光谱仪和大型X荧光光谱仪。
(1)能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)
能量色散光谱仪主要部件包括激发源、探测器、相关电子与控制部件。
EDXRF采用能量探测器,通过测定由探测器收集到的电荷量,直接获得被测元素发出的特征射线能量:
Q=kE
式中,E-------入射射线的光子能量;
Q--------探测器产生的相应电荷量;
K--------为不同类型能量探测器的响应参数。
电荷量与入射射线能量成正比,故通过测定电荷量可得到待测元素的特征信息。
能量色散X射线荧光光谱采用脉冲高度分析器将不同能量的脉冲分开并测量。EDXRF可分为具有高分辨率的光谱仪,分辨率较低的便携式光谱仪,和介于两者之间的台式光谱仪。高分辨率光谱仪通常采用液氮冷却的半导体探测器,如Si(Li)和高纯锗探测器等。低分辨便携式光谱仪常常采用正比计数器或闪烁计数器为探测器,它们不需要液氮冷却。近年来,采用电致冷的半导体探测器,高分辨率谱仪已不用液氮冷却。同步辐射光激发X射线荧光光谱、质子激发X射线荧光光谱、放射性同位素激发X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱、微区X射线荧光光谱等较多采用的是能量色散方式。
(2)波长色散X射线荧光光谱仪(WDXRF)
波长色散光谱仪主要部件包括激发源、分光晶体和测角仪、探测器等。
WDXRF使用分析晶体分辨待测元素的分析谱线,根据Bragg定律,通过测定角度,即可获得待测元素的谱线波长:
nλ=2dsinaθ (n=1,2,3…)
式中 ,λ-------分析谱线波长;
d-------晶体的晶格间距;
θ-------衍射角;
N------衍射级次。
利用测角仪可以测得分析谱线的衍射角,利用上式可以计算相应被分析元素的波长,从而获得待测元素的特征信息。
三、附属仪器及其操作
(1)AE100电子天平
(2)ZM-1振动磨
(3)YYJ-40压样机
1)合上电闸,压片机进入通电状态;
2)左旋“Power”旋钮。“线路有电”的红灯亮。
3)调节“活塞下降”“启动”按钮,使其装样位置合适;
4)放入模具装填样品5g及镶边;
5)用压杆将模具压紧;
6)设定所需压力及保压时间;
7)按“启动”自动加压保压;
8)按“停止”,并推出横梁;
9)按“启动”和“停止”模具自动顶出;
10)卸下样品,用无水乙醇清理模具;
11)左旋“Power”键,拉下电闸。
(4)DY-501型电热熔融设备
1)打开电源,温控面板电源开关的红灯亮,设备初始化;
2)输任意键进入“操作选择”;
3)移动光标进入“设定参数”栏,设定所需各类参数,并“确定”;
4)进入预设程序,并按“开始加热”键,仪器蜂鸣器叫并出现提示;
5)轻轻拉出抽拉板至底部,熔炉开始加热;
6)到达预氧化温度时,蜂鸣器叫并出现提示,加入预先混匀样品的坩埚至坩埚架内,并将坩埚碟放在抽拉板上,并“确定”;
7)熔融炉自动进行预氧化和,升温至熔融温度按“启/止”键,并推入抽拉板。熔融炉自动完成“熔融”“摇摆”“静止”状态;
8)“静止”完成后,蜂鸣器鸣叫,打开炉门迅速将熔融物倒入碟内,并拉出抽拉板至底部,液晶屏自动显示进入“冷却”状态;
9)坩埚碟冷却后,移走。关闭电源,推入抽拉板。
(5)Axios-Advanced X射线荧光光谱仪
开机时
1)打开压缩气体电源,检查其压力在0.45MPa(0.4~0.5MPa);
2)打开冷却水和真空泵的出口,内循环水流量4.0L/min(3~3.5L/min);
3)打开P10气体主阀门,压力表压力为2~18MPa,慢慢打开减压阀,设定输出压力为0.08MPa;
4)接通主电源,光谱仪处于待机状态;
5)按下光谱仪控制面板上的“power”键,光谱仪转为通电状态;
6)打开计算机,启动SuperQ软件;
7)把光谱仪控制面板上的钥匙开关顺时针旋转90°,接通HT(高压);
8)运行SystemSet-up进入Spectrometer Status screen,检查P10流量(1.0L/h左右),真空度(小于100Pa),气体压力(80000Pa左右),内循环水压(4.0L/min左右)。 关机时
9)交替降低电流电压为50kV/20mA;
10)关高压发生器(逆时针旋转高压发生器的钥匙),关主机开关;
11)关水冷机电源,关稳压电源,关计算机。
四、制样
X射线荧光分析仪的样品类型有:粉末压片法、熔融法、固体试样法、薄试样法。
测试处理结果:
X射线荧光分析仪的应用
X-Ray Flucrescence Spectrometer
武汉理工大学材料学院 张海梁
一、XRF原理和结构
1、XRF基本原理
荧光,顾名思义就是在光的照射下发出的光。X射线荧光就是待分析样品在X射线照射下发出的次级X射线,它包含了待分析样品化学组成的信息,通过对上述X射线荧光的分析确定待测样品中各组份含量的仪器就是X射线荧光分析仪。
系,测定待测元素特征X射线谱线的波长和强度就可以进行定性和定量分析。
(1)定性分析
基本公式: 1Z2
n2d sin
n1Z22dsin
(2)定量分析
基本公式:
xiKiIiii
式中:xi--------待测样中i元素浓度;
Ki--------仪器校正因子;
Ii---------待测样的荧光光谱中i元素光谱强度;
i----------i元素的吸收增强效应校正;
i---------与样品的物理形态有关,如试样的均匀性、厚度、表面结构等。
X射线荧光光谱分析根据有无标样可分为:无标样定量分析、有标样定量分析。无标样定量分析软件有:SemIQ、ASQ、SSQ。
X射线荧光光谱分析根据基体校正的角度可分为:理论影响系数法、经验系数法、实验校正法、以及理论影响系数法和实验校正法相结合的方法。
2、XRF基本结构
现代
X射线发生器(X射线管、高压电源及稳定稳流装置)、分光检测系统(分析晶体、准直器与检测器)、记数记录系统(脉冲辐射分析器、定标计、计时器、积分器、记录器)。
3、XRF的功能和优点
功能:
可以进行固体、粉末、薄膜、液体样品及不规则样品的无标样元素的定性定量分析。主要用于金属、无机非金属等材料中化学元素的成分分析,范围从Be~
优点:
1)分析的元素范围广,可分析(Be~492492U。 U)之间所有元素,也可进行全分析;
2)荧光X射线谱线简单,相互干扰少,样品不必分离;分析方法比较简便,具有重现性好,测量速度快,灵敏度高,便于自动化的特点;
3)分析浓度范围较宽,从常量到微量都可分析(含量可达10%~100%)。重元素的检测限可达ppm量级,轻元素稍差; 4)样品可以是固体、粉末、熔融片,液体等,分析对象适用于炼钢、有色金属、水泥、陶瓷、石油、玻璃等行业样品。测量样品的最大尺寸要求为直径51mm,高40mm。
5)非破坏分析; 6)主量组分的分析精度可与传统的湿化学分析相媲美,且可进行盲样分析;无标半定量方法可以对各种形状样品定性分析,并能给出半定量结果,结果准确度对某些样品可以接近定量水平,分析时间短。
7)可对薄膜和镀层进行组分和厚度的分析;
8)可进行化学态研究。
应用:
是成分分析的最通用技术之一,广泛应用于冶金、矿山、地质、建材、科研、考古、刑4
侦等各行各业。
4、XRF的分类
根据分光方式的不同,X射线荧光分析可分为能量色散和波长色散两类,也就是通常所说的能谱仪和波谱仪,缩写为EDXRF和WDXRF。 通过测定荧光X射线的能量实现对被测样品的分析的方式称之为能量色散X射线荧光分析,相应的仪器称之为能谱仪;通过测定荧光X射线的波长实现对被测样品分析的方式称之为波长色散X射线荧光分析,相应的仪器称之为X射线荧光光谱仪。
根据激发方式的不同,X射线荧光分析仪可分为源激发和管激发两种:用放射性同位素源发出的X射线作为原级X射线的X荧光分析仪称为源激发仪器;用X射线发生器(又称X光管)产生原级X射线的X荧光分析仪称为管激发仪器。
就能量色散型仪器而言,根据选用探测器的不同,X射线荧光分析仪可分为半导体探测器和正比计数管两种主要类型。
根据分析能力的大小还可分为多元素分析仪器和个别元素分析仪器。这种称 呼多用于能量色散型仪器。
在波长色散型仪器中,根据可同时分析元素的多少可分为,单道扫描X荧光光谱仪、小型多道X荧光光谱仪和大型X荧光光谱仪。
(1)能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)
能量色散光谱仪主要部件包括激发源、探测器、相关电子与控制部件。
EDXRF采用能量探测器,通过测定由探测器收集到的电荷量,直接获得被测元素发出的特征射线能量:
Q=kE
式中,E-------入射射线的光子能量;
Q--------探测器产生的相应电荷量;
K--------为不同类型能量探测器的响应参数。
电荷量与入射射线能量成正比,故通过测定电荷量可得到待测元素的特征信息。
能量色散X射线荧光光谱采用脉冲高度分析器将不同能量的脉冲分开并测量。EDXRF可分为具有高分辨率的光谱仪,分辨率较低的便携式光谱仪,和介于两者之间的台式光谱仪。高分辨率光谱仪通常采用液氮冷却的半导体探测器,如Si(Li)和高纯锗探测器等。低分辨便携式光谱仪常常采用正比计数器或闪烁计数器为探测器,它们不需要液氮冷却。近年来,采用电致冷的半导体探测器,高分辨率谱仪已不用液氮冷却。同步辐射光激发X射线荧光光谱、质子激发X射线荧光光谱、放射性同位素激发X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱、微区X射线荧光光谱等较多采用的是能量色散方式。
(2)波长色散X射线荧光光谱仪(WDXRF)
波长色散光谱仪主要部件包括激发源、分光晶体和测角仪、探测器等。
WDXRF使用分析晶体分辨待测元素的分析谱线,根据Bragg定律,通过测定角度,即可获得待测元素的谱线波长:
nλ=2dsinaθ (n=1,2,3…)
式中 ,λ-------分析谱线波长;
d-------晶体的晶格间距;
θ-------衍射角;
N------衍射级次。
利用测角仪可以测得分析谱线的衍射角,利用上式可以计算相应被分析元素的波长,从而获得待测元素的特征信息。
三、附属仪器及其操作
(1)AE100电子天平
(2)ZM-1振动磨
(3)YYJ-40压样机
1)合上电闸,压片机进入通电状态;
2)左旋“Power”旋钮。“线路有电”的红灯亮。
3)调节“活塞下降”“启动”按钮,使其装样位置合适;
4)放入模具装填样品5g及镶边;
5)用压杆将模具压紧;
6)设定所需压力及保压时间;
7)按“启动”自动加压保压;
8)按“停止”,并推出横梁;
9)按“启动”和“停止”模具自动顶出;
10)卸下样品,用无水乙醇清理模具;
11)左旋“Power”键,拉下电闸。
(4)DY-501型电热熔融设备
1)打开电源,温控面板电源开关的红灯亮,设备初始化;
2)输任意键进入“操作选择”;
3)移动光标进入“设定参数”栏,设定所需各类参数,并“确定”;
4)进入预设程序,并按“开始加热”键,仪器蜂鸣器叫并出现提示;
5)轻轻拉出抽拉板至底部,熔炉开始加热;
6)到达预氧化温度时,蜂鸣器叫并出现提示,加入预先混匀样品的坩埚至坩埚架内,并将坩埚碟放在抽拉板上,并“确定”;
7)熔融炉自动进行预氧化和,升温至熔融温度按“启/止”键,并推入抽拉板。熔融炉自动完成“熔融”“摇摆”“静止”状态;
8)“静止”完成后,蜂鸣器鸣叫,打开炉门迅速将熔融物倒入碟内,并拉出抽拉板至底部,液晶屏自动显示进入“冷却”状态;
9)坩埚碟冷却后,移走。关闭电源,推入抽拉板。
(5)Axios-Advanced X射线荧光光谱仪
开机时
1)打开压缩气体电源,检查其压力在0.45MPa(0.4~0.5MPa);
2)打开冷却水和真空泵的出口,内循环水流量4.0L/min(3~3.5L/min);
3)打开P10气体主阀门,压力表压力为2~18MPa,慢慢打开减压阀,设定输出压力为0.08MPa;
4)接通主电源,光谱仪处于待机状态;
5)按下光谱仪控制面板上的“power”键,光谱仪转为通电状态;
6)打开计算机,启动SuperQ软件;
7)把光谱仪控制面板上的钥匙开关顺时针旋转90°,接通HT(高压);
8)运行SystemSet-up进入Spectrometer Status screen,检查P10流量(1.0L/h左右),真空度(小于100Pa),气体压力(80000Pa左右),内循环水压(4.0L/min左右)。 关机时
9)交替降低电流电压为50kV/20mA;
10)关高压发生器(逆时针旋转高压发生器的钥匙),关主机开关;
11)关水冷机电源,关稳压电源,关计算机。
四、制样
X射线荧光分析仪的样品类型有:粉末压片法、熔融法、固体试样法、薄试样法。
测试处理结果: