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XRF原理介绍
来源:技术文章    发布时间:2019-04-02    浏览:435次

XRF:X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)人们通常把X射线照射在物质上而产生的次级X射线叫X射线荧光(X—Ray Fluorescence),而把用来照射的X射线叫原级X射线。所以X射线荧光仍是X射线。一台典型的X射线荧光(XRF)仪器由激发源(X射线管)和探测系统构成。X射线管产生入射X射线(一次X射线),激发被测样品。受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线,并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。然后,仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。X射线照在物质上而产生的次级 X射线被称为X射线荧光。利用X射线荧光原理,理论上可以测量元素周期表中铍以后的每一种元素。在实际应用中,有效的元素测量范围为9号元素 (F)到92号元素(U)。

X射线荧光的物理原理

X射线是电磁波谱中的某特定波长范围内的电磁波,其特性通常用能量(单位:千 电子伏特,keV)和波长(单位:nm)描述。

X射线荧光是原子内产生变化所致的现象。一个稳定的原子结构由原子核及核外电子组成。其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行,内层电子(如K层)在足够能量的X射线照射下脱离原子的束缚,释放出来,电子的逐放会导致该电子壳层出现相应当电子空位。这时处于高能量电子壳层的电子(如:L层)会跃迁到该低能量电子壳层来填补相应当电子空位。由于不同电子壳层之间存在着能量差距,这些能量上的差以二次X射线的形式释放出来,不同的元素所释放出来的二次X射线具有特定的能量特性。这一个过程就是我们所说的X射线荧光(XRF)。

X射线的波长

元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁,同时发射出具有一定特殊性波长的X射线,根据 莫斯莱定律,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:

λ=K(Z− s) −2

式中K和S是常数。

X射线的能量

而根据量子理论,X射线可以看成由一种量子或光子组成的粒子流,每个光具有的能量为:

E=hν=h C/λ

式中,E为X射线光子的能量,单位为keV;h为 普朗克常数;ν为光波的频率;C为光速。

因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X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。

分类

波长色散型正在加载波长色散型

不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同,因此通过对X射线的能量或者波长的测量即可知道它是何种元素发出的,进行元素的定性分析。同时样品受激发后发射某一元素的特征X射

线强度跟这元素在样品中的含量有关,因此测出它的强度就能进行元素的定量分析。

因此,X射线荧光光谱仪有两种基本类型:

波长色散型(WD-XRF)和能量色散型(ED-XRF)

如下图:

比较

优点

a) 分析速度高。测定用时与测定精密度有关,但一般都很短,2~5分钟就可以测完样品中的全部待测元素。

b) X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关,而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。(气体密封在容器内也可分析)但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围内,这种效应更为显着。波长变化用于化学位的测定 。

c) 非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变,也不会出现试样飞散现象。同一试样可反复多次测量,结果重现性好。

d) X射线荧光分析是一种物理分析方法,所以对在化学性质上属同一族的元素也能进行分析。

e) 分析精密度高。

f) 制样简单,固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。

缺点

a)难于作分析,故定量分析需要标样。

b)对轻元素的灵敏度要低一些。

c)容易受相互元素干扰和叠加峰影响。

分析

a) X射线用于元素分析,是一种新的分析技术,但在经过二十多年的探索以后,现在已完全成熟,已成为一种广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域。

b) 每个元素的特征X射线的强度除与激发源的能量和强度有关外,还与这种元素在样品中的含量有关。

c) 根据各元素的特征X射线的强度,也可以获得各元素的含量信息。这就是X射线荧光分析的基本原理。

XRF分析仪的主要环境应用

过去,对环境的评估只能依赖于在实验室对从现场采集并运送到实验室的样件所做的分析,这种方法既浪费金钱又耗用时间。如今有了便携式XRF分析仪,检测人员可以在现场直接对环境进行评估。DELTA手持式XRF分析仪可进行经济、有效、及时的实时数据分析,并快速得出全面的调查结论,从而决定所要采取的下一步措施。

一、发展中国家危险的高含量有毒金属

在发展中国家的居民区和娱乐区可能会发现危险的高含量铅、砷、汞、铬、镉及其它有毒金属。在这些国家和地区,这些金属的危险性可能还不为当地人所知,或者还没有施行有关限制这些金属的法律法规。手持式X射线荧光分析仪可快速判断是否存在这些污染物并辨别其含量,从而可使世界卫生倡导组织依据检测结果出台纠正措施,以帮助发展中国家利用当地资源,通过安全的工作实提高人们的生活水平,并使这些国家和地区得到持续的发展。

二、城市周边地区的农业及农艺学 随着世界人口的增长,食物来源的安全性也变得越来越重要。随着人们对食物安全性的要求不断提高,城市周边的农业发展也越来越受到欢迎。但是,在工业区和其它城市设施附近发展农业会增加农作物受到有害物质侵害的危险,因为种植庄稼的土壤及用于灌溉的水源可能会有高含量的砷、汞、镉、铬、铅等污染物质。DELTA手持式XRF分析仪不仅可以快速探测出这些有毒金属,还可以确定诸如钙、镁、磷、钾等营养物质和肥料的存在。由于DELTAXPLORER GPS-XRF可以在田地里对土壤进行高密度分析,而且可以在现场得到结果并进行空间模式化,因而这款分析仪已经成为发展精耕细作式农业的理想工具。

三、危险的废料筛检和可持续产业

目前,大多数行业都面临着必须实施可持续发展计划的压力。这个计划有助于降低各个行业在制造和包装产品的过程中对周边环境和人们的健康造成的有害影响。各种工业、工程公司及监管机构都可在生产现场使用手持式XRF系统进行检测,以确保快速识别出任何重金属污染物质,并采取有效的补救措施。

四、社区与居住区域的发展

DELTA可以在瞬间辨别出土壤中重金属极低的百万分率含量,在开发或整修学校、社区中心、住宅、游乐场及运动场以前,这款分析仪是有助于保障环境安全的重要工具。如果要在以前是垃圾填埋场、工业场址、果园、饲养场、闲置的污染土地以及其它会发现高含量有毒金属的地区开发房地产,DELTA分析仪无疑是一件必不可少的工具。此外,在对建筑物及旧房屋进行翻修、重建、恢复及涂漆的过程中,DELTA可以迅速探测出土壤和尘埃、建筑物表面、含铅颜料中的铅(Pb)元素,从而有助于减少在分析工程是否符合环境管理规定的过程中所耗用的资金和时间。

主营产品:能量色散X荧光光谱仪,ROHS ROHS2.0 REACH指令检测仪|化合物分析|元素分析仪|土壤检测仪|ROHS检测仪|合金检测仪|元素分析仪|矿石检测仪|含铅量检测仪,欢迎来电咨询。
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