元素分析X射线荧光分析和电子探针分析-北京电子能谱中心.PPT

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元素分析X射线荧光分析和电子探针分析-北京电子能谱中心

材料分析化学 清华大学化学系表面材料组 元素分析(2) X射线荧光分析和电子探针分析 朱永法 2003年9月28日 X射线荧光光谱分析 基础知识 1923年建立X射线荧光分析方法; 1950 X射线荧光分析谱仪 1980 全反射X射线荧光谱仪 应用:固体材料(矿物,陶瓷,建材,环境,金属材料,薄膜,镀层分析) XRF分析 — 方法原理 X射线荧光的产生 原子中的内层(如K层)电子被X射线辐射电离后在K层产生一个正孔穴。外层(L层)电子填充K层孔穴时,会释放出一定的能量,当该能量以X射线辐射释放出来时就可以发射特征X射线荧光。 XRF分析-原理 荧光产率 俄歇效应与X射线荧光发射是两种相互竞争的过程。对于原子序数小于11的元素,俄歇电子的几率高。但随着原子序数的增加,发射X射线荧光的几率逐渐增加。重元素主要以发射X射线荧光为主。 XRF分析-原理 Moseley 定律 ?1/2=a(Z-b) X射线荧光频率的平方根与元素的原子序数成正比 。只要获得了X射线荧光光谱线的波长就可以获得元素的种类信息。 XRF定性分析的基础 荧光X射线的强度与分析元素的质量百分浓度成正比。是X射线荧光光谱的定量分析基础。 XRF-装置 波长色散型X射线荧光光谱仪 利用分光晶体对X射线的波长进行色散 能量色散型X射线荧光光谱仪 利用半导体直接测量X射线的能量 XRF-装置 XRF-装置 波长色散原理 Bragg方程 nλ=2dsinθ 检测器置于角度为2θ位置 一般需要10块分光晶体 XRF-装置X射线源 XRF-装置-分光晶体 XRF-装置-检测器 正比计数器 常用于轻元素的分析 CH4/Ar X射线辐照电离 XRF-装置 闪 计数器适合重元素的检测 把X射线转化为可见光 XRF-装置 半导体计数器 直接分析X射线的能量 XRF-能量色散型 采用高分辨率的半导体检测器直接测量X射线荧光光谱线的能量 结构小的优点 检测灵敏度可以提高2~3个数量级 不存在高次衍射谱线的干扰 一次全分析样品中的所有元素 对轻元素的分辨率不够,一般不能分析轻元素 在液氮温度下保存和使用 能量色散型XRF 能量色散XRF谱 XRF-样品的制备 液体样品,固体样品 易挥发性物质,腐蚀性溶剂 样品化学组成的不同 共存元素的干扰 晶型,粒度,密度以及表面光洁度 研磨到300目 ,压片 溶解成溶液或用滤纸吸收 XRF-分析方法 定性分析 根据Moseley定律 查阅波长的方法进行元素的标定 查阅X射线的能量的方法确定元素成份 计算机上自动识别 人工识谱主要是解决一些干扰谱线 XRF-分析 XRF-定量分析 X射线荧光光谱的强度与元素的含量成正比 基体效应(物理化学状态不同) 粒度效应(对X射线的吸收) 谱线干扰 XRF-分析方法 校准曲线法 内标法 标准加入法 稀释法 无标样基本参数数学计算法 XRF-基本无参数法 XRF-薄膜厚度分析 对金属材料检测深度为几十微米 对高聚物可达3mm 薄膜元素的荧光X射线强度随镀层厚度的增加而增强;而基底元素的荧光X射线的强度则随镀层厚度的增加而减弱 几个纳米到几十微米 微电子,电镀,镀膜钢板以及涂料等材料 的薄膜层研究 薄膜厚度分析 XRF-元素分布图 X射线的限束功能 ,辐照束斑直径减小到1mm 对任何指定区域进行小面积逐点进行元素测定 形成X射线荧光光谱的元素分布图 XRF-全反射XRF分析 表面灵敏性,可以检测表面几个原子层厚度 检测灵敏性,可以检测到108原子/cm2 定量分析效果好 可以进行表面扫描 微电子芯片材料的表面金属污染的检测 全反射X射线荧光光谱 全发射X射线荧光光谱 XRF-元素分析的特性 本低强度低,分析灵敏度高,其检测限达到10-5~10-9g/g(或g/cm3); 适合于固体和液体材料的分析 信号测量的重现性好,具有较高的定量分析准确性 具有较好的定性分析能力,可以分析原子序数大于3的所有元素。 可以有效地测定薄膜的厚度和组成 XRF的应用 矿物成份分析 环境分析 陶瓷材料分析 催化剂成份分析 薄膜厚度测定 电子探针分析 材料微区化学成份分析的重要手段 利用样品受电子束轰击时发出的X射线的波长和强度,来分析微区(1-30μm3)中的化学组成 电子探针分析 微区分析能力,1微米量级 分析准确度高 ,优于2% 分析灵敏度高,达到10-15g ,100PPM-1% 样品的无损性 多元素同时检测性 可以进行选区分析 电子探针分析对轻元素很不利 电子探针分析 原理 当高能电子轰击固体样品时,可以把原子中的内层激发产生激发态离子,在退激发过程中

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