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Ben Chen EDXEDX E Energy nergy D Dispersiveispersive X X-ray-rayS Spectrometrypectrometry(能量分析光谱仪能量分析光谱仪)EDXedx目录目录能量色散能量色散X X荧光光谱仪应用荧光光谱仪应用 能量色散能量色散X X荧光光谱仪原理荧光光谱仪原理EDX:Energy Dispersive Spectrometry(EDX:Energy Dispersive Spectrometry(能量分析光谱仪能量分析光谱仪)能量色散能量色散型型X X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪 EDXEDX是借助于分析试样发出的元素特征是借助于分析试样发出的元素特征X X射线波长和强度实现的，射线波长和强度实现的，根根据波长测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量。据波长测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量。编辑本段编辑本段能量色散能量色散X X荧光光谱仪应用荧光光谱仪应用常用的常用的EDXEDX探测器是硅渗锂探测器。当特征探测器是硅渗锂探测器。当特征X X射线光子进入硅渗锂探射线光子进入硅渗锂探测器后便将硅原子电离，产生若干电子测器后便将硅原子电离，产生若干电子-空穴对，其数量与光子的能量成空穴对，其数量与光子的能量成正比。利用偏压收集这些电子空穴对，经过一系列转换器以后变成电压正比。利用偏压收集这些电子空穴对，经过一系列转换器以后变成电压脉冲供给多脉冲高度分析器，并计数能谱中每个能带的脉冲数。脉冲供给多脉冲高度分析器，并计数能谱中每个能带的脉冲数。编辑本段编辑本段能量色散能量色散X X荧光光谱仪原理荧光光谱仪原理edx2 2一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为发态，激发态原子寿命约为(10)-12-(10)-14s，然后自发地由能，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生式放出，便产生X 射线射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。的关系。K层电子被逐出后层电子被逐出后,其空穴可以被外层中其空穴可以被外层中 任一电子所填任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由系谱线：由L层跃迁到层跃迁到K层层辐射的辐射的X射线叫射线叫K射线射线,由由M层跃迁到层跃迁到K层辐射的层辐射的X射线叫射线叫K射线射线。一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态3 3 同样同样,L层电子被逐出可以产生层电子被逐出可以产生L系辐射。如果入射的系辐射。如果入射的X 射线射线使某元素的使某元素的K层电子激发层电子激发成光成光电子后电子后L层电子跃迁到层电子跃迁到K层，此时层，此时就有能量就有能量E释放出来，且释放出来，且E=EK-EL，这个能量是以，这个能量是以X射线形射线形式释放，产生的就是式释放，产生的就是K 射线，同样还可以产生射线，同样还可以产生K射线射线，L系系射线等。射线等。莫斯莱莫斯莱(H.G.Moseley)发现，荧光发现，荧光X射线的波长射线的波长与元与元素的原子序数素的原子序数Z有关，其数学关系如下：有关，其数学关系如下：=K(Z-s)-2 这就是莫这就是莫斯莱定律，式中斯莱定律，式中K和和S是常数，因此是常数，因此,只要测出荧光只要测出荧光X射线的波长射线的波长,就可以知道元素的种类就可以知道元素的种类,这就是荧光这就是荧光X射线定性分析的基础。此射线定性分析的基础。此外外,荧光荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。可以进行元素定量分析。X射线的产生利用射线的产生利用X射线管（图射线管（图2），施加高电压以加速电），施加高电压以加速电子，使其冲撞金属阳极（对阴极）从而产生子，使其冲撞金属阳极（对阴极）从而产生X射线。从设计上射线。从设计上分为横窗型（分为横窗型（side window type）和纵窗型（）和纵窗型（end window type）两种）两种X射线管，都是设计成能够把射线管，都是设计成能够把X射线均匀得照射在射线均匀得照射在样品表面的结构。样品表面的结构。同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射。如果入射的X 射线4 4X射线窗口，一般使用的是铍箔。阴极（也叫做：靶材）则多使用是钨射线窗口，一般使用的是铍箔。阴极（也叫做：靶材）则多使用是钨(W)、铑铑(Rh)、钼（、钼（Mo）、铬（）、铬（Cr）等材料。这些靶材的使用是依据分析元素的）等材料。这些靶材的使用是依据分析元素的不同而使用不同材质。原则上分析目标元素与靶材的材质不同。不同而使用不同材质。原则上分析目标元素与靶材的材质不同。如何利用荧光如何利用荧光X射线进行定量分析射线进行定量分析 在包含某种元素在包含某种元素1的样品中，照射一次的样品中，照射一次X射线，就会产生元素射线，就会产生元素1的荧光的荧光X射线，不过这个时候的荧光射线，不过这个时候的荧光X射线的强度会随着样品中元素射线的强度会随着样品中元素A的含量的变化的含量的变化而改变。元素而改变。元素1的含量多，荧光的含量多，荧光X射线的强度就会变强。注意到这一点，如果射线的强度就会变强。注意到这一点，如果预先知道已知浓度样品的荧光预先知道已知浓度样品的荧光X射线强度，就可以推算出样品中元素射线强度，就可以推算出样品中元素A的含的含量。采用定量分析的时候，可以在样品中加入高纯度的二氧化硅，作为参比量。采用定量分析的时候，可以在样品中加入高纯度的二氧化硅，作为参比样，并且掺量是已知的。这样可以间接知道其他组分的含量。样，并且掺量是已知的。这样可以间接知道其他组分的含量。X射线窗口，一般使用的是铍箔。阴极（也叫做：靶材）则多使用5 5 利用荧光利用荧光X射线进行定量分析的时候，大致分为射线进行定量分析的时候，大致分为3个方法。一个是制个方法。一个是制作测量线的方法（经验系数法）。这个方法是测定几点实际的已知浓度作测量线的方法（经验系数法）。这个方法是测定几点实际的已知浓度样品，寻求想测定元素的荧光样品，寻求想测定元素的荧光X射线强度和浓度之间的关系，以其结果为射线强度和浓度之间的关系，以其结果为基础测定未知样品取得荧光基础测定未知样品取得荧光X射线，从而得到浓度值。射线，从而得到浓度值。另一个方法是理论演算的基础参数法（另一个方法是理论演算的基础参数法（FP法）。这个方法在完全了法）。这个方法在完全了解样品的构成和元素种类前提，利用计算的各个荧光解样品的构成和元素种类前提，利用计算的各个荧光X射线强度的理论值，射线强度的理论值，推测测定得到未知样品各个元素的荧光推测测定得到未知样品各个元素的荧光X射线强度的组成一致。射线强度的组成一致。NBS-GSC法也称作理论法也称作理论Alpha系数法。它是基于荧光系数法。它是基于荧光X射线激发的射线激发的基本原理，从理论上使用基本物理参数计算出样品中每个元素的一次和基本原理，从理论上使用基本物理参数计算出样品中每个元素的一次和二次特征二次特征X射线荧光强度的。基于此再计算射线荧光强度的。基于此再计算Lachance综合校正系数，然综合校正系数，然后使用这些理论后使用这些理论系数去校正元素间的吸收增强效应。它与经验系数法不系数去校正元素间的吸收增强效应。它与经验系数法不同，这些校正系数是从同，这些校正系数是从“理论理论”上取得的，而非建立在上取得的，而非建立在“经验经验”上。因而它上。因而它也不需要那么多的标样，只要少数标样来校准仪器因子。也不需要那么多的标样，只要少数标样来校准仪器因子。利用荧光X射线进行定量分析的时候，大致分为3个方法6 6
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