X-射线荧光光谱仪基本原理及应用剖析.ppt

模板来自于 * X-射线荧光光谱仪基本原理及应用 CONTENTS X射线简介 仪器构造与原理 样品制造与分析 应用与展望 X射线简介 发展历史 1895年，德国的伦琴发现了X射线轰动了整个物理学界，对现代物理学具有里程碑的意义。X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流。 威廉·伦琴 人类的第一张X线照片 1912年，劳厄等人首次对铜晶体做了射线的衍射实验，实验证明了X射线具有电磁波的性质。X射线衍射方法成为晶体结构测定的主要方法。 1913年，布拉格父子在对晶体衍射技术的研究时提出了著名的布拉格定律： d为平行原子平面的间距，θ为入射光与晶面之夹角，λ为入射波波长，n为衍射级数。这个著名的定律同时也奠定了X射线衍射技术的基础。 1916年，德拜和谢乐发展了射线研究晶体结构的方法，提出粉末衍射法。 1923年，康普顿首次报道了当X射线用几乎与样品表面平行的小角度入射到理想光滑平整的样品表面上时，能够出现镜面反射的特征。入射射线在样品表面发生全反射的前提是入射角大于或等于临界角（入射角αi≥临界角α0)。X射线被全反射，因此探测到的信息几乎全部是样品表面薄层的信息，可以避免来自衬底的干扰信息。 X射线荧光光谱仪 用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长（或能量）分开，分别测量不同波长（或能量）的X射线的强度，以进行定性和定量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。 仪器构造与原理 X射线荧光光谱仪分类： 两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。 灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩内，灯丝和靶极之间加高压（一般为40KV），灯丝发射的电子经高压电场加速撞击在靶极上，产生X射线。 X射线管产生的一次X射线，作为激发X射线荧光的辐射源。只有当一次X射线的波长稍短于受激元素吸收限lmin时，才能有效的激发出X射线荧光。大于lmin的一次X射线其能量不足以使受激元素激发。 激发光源 X射线管的靶材和管工作电压决定了能有效激发受激元素的那部分一次X射线的强度。管工作电压升高，短波长一次X射线比例增加，故产生的荧光X射线的强度也增强。但并不是说管工作电压越高越好，因为入射X射线的荧光激发效率与其波长有关，越靠近被测元素吸收限波长，激发效率越高。 X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上，激发出样品元素的特征X射线，正常工作时，X射线管所消耗功率的0.2%左右转变为X射线辐射，其余均变为热能使X射线管升温，因此必须不断的通冷却水冷却靶极。 波长色散型 分光晶体： 作用：是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开。 原理：根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ，当波长为λ的X射线以θ角射到晶体，如果晶面间距为d，则在出射角为θ的方向，可以观测到波长为λ=2dsinθ的一级衍射及波长为λ/2，λ/3等高级衍射。改变θ角，可以观测到另外波长的X射线，因而使不同波长的X射线可以分开。 能量色散型 能量色散谱仪 能量色散谱仪是利用荧光X射线具有不同能量的特点，将其分开并检测，不必使用分光晶体，而是依靠半导体探测器来完成。 X光子射到探测器后形成一定数量的电子-空穴对，电子-空穴对在电场作用下形成电脉冲，脉冲幅度与X光子的能量成正比。在一段时间内，来自试样的荧光X射线依次被半导体探测器检测，得到一系列幅度与光子能量成正比的脉冲，经放大器放大后送到多道脉冲分析器。 按脉冲幅度的大小分别统计脉冲数，脉冲幅度可以用X光子的能量标度，从而得到计数率随光子能量变化的分布曲线，即X光能谱图。 X射线荧光光谱分析仪： 优点： 设备相对简单 可以在大气中工作 灵敏度高 缺点： X射线入射深度较大，因而当薄膜厚度在微米级以下时，常规射线技术在测定薄膜结构和成分信息时没有优势。 如：实验室用Cu靶X射线的波长约为0.15nm，其在固体中的穿透厚度一般在100~10000μm之间，然而一般薄膜厚度通常在10~100nm。这时X射线穿透深度远大于样品薄膜厚度，因此常规的X射