X-射线荧光光谱分析.ppt

X射线荧光光谱分析学习要点、简答 X-射线荧光光谱分析的原理。 当样品中元素的原子受到高能X射线照射时,即发射出具有一定特征的X射线谱, 特征谱线的波长只与元素的原子序数(Z)有关；谱线的强度和元素含量的多少有关, 所以测定谱线的波长, 就可知道试样中包含什么元素, 测定谱线的强度, 就可知道该元素的含量。 这其中主要涉及到X射线与物质的相互作用，既X射线、吸收和散射三种现象。,XRF分析物质成分的特点有那些？ 1.分析速度快，自动化程度高。 2.XRF分析是一种物理分析方法； 特别适合过程分析、野外现场、对比和非破坏性分析。 3.分析浓度范围广、测量的线性好、精度高；与测定元素的价态无关。 4.XRF分析比其他发射光谱简单，易于解析；尤其是对未知样品的定性分析。 5.制样简单；试样形式多样化。 6.具有在原样上微区条件下进行定性、定量分析。 7.对于原子序数较低的元素，因其荧光产额低及较强的散射影响，所以检出限不是很理想；对于超轻元素(H、Li 、Be)目前还不能直接进行分析。,X射线连续光谱是如何产生的?连续光谱为什么有短波限?短波限如何计算?它与X光管的电压、电流以及靶材有无关系? 连续光谱是由高能的带电粒子撞击金属靶面时，受到靶原子核的库仑力作用，突然改变速度而产生的电磁辐射。由于在撞击时，有的带电粒子在一次碰撞中损失全部能量，有的带电粒子同靶发生多次碰撞逐步损失其能量，直到完全丧失为止，从而产生波长具有连续分布的电磁波。因此，它也称韧致辐射、白色X射线或多色X射线。 如果带电粒子与靶一次碰撞后全部损失能量，产生的X射线光子的能量最大，波长最短，这就是连续光谱中的短波限（0）。所以连续光谱有短波限。如带电粒子的能量为eV，短波限的波长为： 0=1.24V (nm)，(V的单位是千伏特)。,短波限与X光管的电压有关，与X光管的电流和靶材无关。 当增加电流i时，短波限0和最大强度处的波长max不变，但最大强度增大。 当加速电压V增加时，最大强度处的波长向短波方向移动，最大强度也增大。 在加速电压和电流不变的情况下，用大Z的靶材时，短波限和最大强度处的波长不变，最大强度增大。,X射线荧光光谱是连续谱还是特征谱?如何产生?为什么能用它来进行元素的定性和定量分析？ X射线荧光光谱是特征谱。它是当原子内电子层出现电子空位，外层电子跃迁填充时所发射出来的X射线，故又称二次X射线 由于各元素原子的能级差是不一样的，而同种元素原子的能级差是一样的，对于同一元素的原子发射出来的X射线的波长或能量是固定的；因此当样品中元素的原子受到高能X射线照射时,即发射出具有一定特征的X射线谱, 特征谱线的波长只与元素的原子序数(Z)有关；谱线的强度和元素含量的多少有关, 所以测定特征谱线的波长, 就可知道试样中包含什么元素, 测定特征谱线的强度, 就可知道该元素的含量。,莫塞莱定律及其意义： 特征X射线的波长(或能量)与原子序数（Z）有关，并且随着元素的原子序数的增加，特征X射线有规律地向波长变短方向移动，即元素的X射线特征波长倒数的平方根与原子序数成正比，用公式表示为 -1/2=a(Z-b) (a，b为常数，不同的谱系用不同的值)。 莫塞莱定律的意义在于揭示了特征X射线波长与元素的原子序数的确定关系，它奠定了X射线光谱定性分析的基础。 布拉格衍射公式及应用： 2dsin=n 布拉格衍射公式的应用在X射线衍射分析中，已知：，测量：，求：2d，用于物质的结构分析； 在X射线荧光分析中，已知：2d，测量：，求：，用于物质的成分分析。,荧光产额：原于内电子层q出现一个电子空位后，产生相应的q系X射线荧光的几率，叫做荧光产额。Wq=Nq/N，(N为q层电子空位数，Nq为产生q系谱线的光子数。就是单位时间内发出的所有K系谱线的光子数NK与同时间内产生的K层电子空位数N之比。)。 吸收限：在曲线上显示出一些突然不连续处，这些突然的不连续处称为吸收限。 吸收突变：在曲线上不连续处，较大的吸收系数与较小的吸收系数之比，称为吸收突变r。,质量吸收系数：式 中的比例系数称为密度为材料对波长为X射线的质量吸收系数。式中I0、I为材料吸收前、后的波长为的X射线强度，t为材料的厚度。质量吸收系数是化学元素的一种原子属性，是原子对X射线的不透过程度或“阻挡本领”的量度。它是X射线波长与原子序数的函数，当入射X射线的波长增大时也增大，当原子序数Z增大时也增大。,吸收突变系数：在某一特定波长处的某一具体能级相关的吸收份数与总吸收之比称为吸收突变系数J。,K系：,通式:q系,基体和基体效应： 样品中除了被测元素外的其他成分，称为基体。基体对分析元素的影响称为基体效应。 有两类基体效应：一类为样品的化学组成引起的效应，即吸收增强效应；当原级X射线照射样品，在元素A原子发射出特征X射线的同时，A元素特征X射线中的一部分也可能被基体(如B、C、D等)和A元素自身吸收，这样A元素发射出来的特征X射线强度要比原来的强度小，这种现象就叫做吸收效应然而，分析中的A元素不仅受到原级X射线激发，而且还可能受到基体中其它元素如B、C的特征X射线激发，这样元素A的特征X射线强度将不规则地增加，这叫增强效应。 一类为样品的物理特性引起的效应，如表面光滑度、颗粒度、材料的不均匀性等。 怎样校正基体效应的影响： 实验校正法标准曲线法， 数学校正法FP法 及制样。 （略）,X射线荧光光谱仪上的X光管、分光晶体分别具有哪些特征。 X光管：1)输出功率高；2)输出强度恒定；3)操作温度低；4)靶材纯度高；5)寿命长。 分光晶体：1)2d，衍射强度大；2)分辨率高；3)信噪比大：4)稳定性好。 背景的定义和它的主要组成部分。 当分析线不存在时，在分析线2角位置上测到的X射线强度定义为此分析线处的背景。 背景的成分很复杂，主要来源于；1)由样品散射的X光管发出的连续谱和特征谱；2)由晶体散射的样品的辐射线；3)晶体受X射线照射后发出的二次X射线。 当峰背比小于10时，背景影响较大，需要准确扣除。 背景的正确扣除可以有效地降低检测下限。,已知Cu的K系吸收限为1.38，求它的临界激发电压? 解： 求LiF(200)晶体(2d=4.0276)对CuK(1.542)的角色散?如B=O.078=0.0014rad时，能否分开CuK双线(CuK1=1.5414，CuK2=1.5406)? 解：角色散：,1.5414-1.5406=0.0008,k 所以分不开。, X光管的管电压为40kV，能否激发出样品中的WK、BaK、SnK线? 己知W、Ba、Sn的K系吸收限分别为：0.141、0.331、0.425。,解：方法1：, 0.141 0； 0.425 0 能激发样品中的BaK、SnK线；不能激发样品中的WK线。,方法2：, 故不能激发样品中的WK线。, 故能激发样品中的BaK、SnK线。,X射线荧光光谱谱线干扰： 虽然X射线荧光光谱比较简单，绝大部分是单独的谱线。但在一个复杂的样品中，谱线干扰仍是不可忽视的。有些干扰严重影响X射线强度的测定，对定量分析带来一定的困难。 克服的方法有： 避免干扰线，选用无干扰谱线作分析线； 选择仪器测量条件，提高仪器的分辨本领； 降低X光管的管电压至干扰元素激发电压以下，防止产生干扰元素的谱线； 进行数学校正，现代仪器上都有数学校正程序。,