X 射线能谱仪和能量色散X 射线荧光分析 - FDUROP.PDF

X 射线能谱仪和能量色散X 射线荧光分析 核科学与技术系 杨珺 荣丽媛 指导老师 张雪梅 摘要：能量色散X 射线荧光分析是一种重要的物质元素成分分析方法，新型Si－PIN 型 X 射线探测器采用半导体制冷，具有很高的能量分辨率，并具有小型化、便携式的优点。本 文着眼于Si－PIN 型X 射线探测器的使用方法和最优条件，利用其对未知样品成分进行快 速准确分析，从而为更进一步的科研工作打下基础。 关键词：能量色散X 射线荧光分析 Si－PIN 型X 射线探测器 Abstract: Energy dispersive X-ray fluorescence (XRF) analysis is a powerful method of analyzing the element of certain material. The new Si-PIN X-ray detector uses semiconductor cooling, with high energy resolution. It is small and portable. This article focuses on the usage of Si-PIN X-ray detector and its optimal conditions. With this new type of detector, we can analyze components in unknown samples quickly and accurately, which can be the foundation for further research. Key words: Energy dispersive X-ray fluorescence analysis; Si-PIN X-ray detector 引言 X 射线荧光分析是近年来在科研及生产中进行物质成分的定性和定量分析 的有力工具，它具有分析速度快、不破坏分析样品、灵敏度高、一次可分析多种 成分等优点。为了达到高的分辨率，通常采用液氮制冷的 Si （Li）探测器。近 年来随着平面工艺的进步，研制成功的PIN 型光敏二极管，采用半导体制冷就可 以达到很高的分辨率，打破了先前只能由昂贵的液氮制冷半导体探测器才能达到 的水平，使得研制小型化的X 射线谱仪成为可能。因此，Si－PIN 探测器在X 射 线能谱研究、X 射线荧光分析、质子束荧光分析等多个领域，甚至艺术领域，得 到了广泛的应用。 1、原理和背景 X 射线荧光光谱分析法是一种非破坏性的仪器分析方法，它是依据二次激发 产生的化学元素的X 射线光谱线的波长和强度进行定性和定量分析的。X 射线管 或放射性元素发出的初级线束辐照样品，激发各个化学元素，发射二次谱线，其 能量是相应元素的标志，由莫塞莱定律可知，特征X 射线能量与元素的原子序数 之间有一定的关系： 式中Ry 是以能量为单位的 里德堡常数，可算得 Ry=13.6eV，n1、n2 是跃迁壳层电子始态终态所处的主量子数，所以对于不同元 素，其发射的特征X 射线的频率是不同的，因此测定样品中发出的特征X 射线的 能量就可用来区分不同的元素，这就是用荧光分析作样品成分定性分析的原理。 不同元素的不同壳层间跃迁发出的特征X 线的能量可见核素手册，这里举出几种 常用元素的特征X 射线的能量值，见表 1(图中虚线标出寻找仪器工作最佳条件 时使用的元素，实线标出进行能量刻度时使用的元素，点划线标出我们在样品中 发现的元素)。 表 1 部分元素特征X 射线能量 各谱线强度与相应元素的含量有关,这是定量分析的基础。XRF 的定性和半 -6 定量分析可检测元素周期表上绝大部分元素，可测浓度范围10 %-100%[1]。X 射线荧光分析法具有谱线简单、无损检测等特点，已成为国际标准（ISO）分析 方