X射线荧光光谱仪(XRF光谱仪),是一种快速的、非破坏式的物质测量方法。X射线荧光(XRF)是用高能量X射线或伽玛射线轰击材料时激发出的次级X射线。这种现象被广泛用于元素分析和化学分析,具有谱线简单、分析速度快、测量元素多、能进行多元素同时分析等优点,是目前大气颗粒物元素分析中广泛应用的三大分析手段之一(其它两种方法为中子活化分析和质子荧光分析)。
不同元素具有波长不同的特征X射线谱,而各谱线的荧光强度又与元素的浓度呈一定关系,测定待测元素特征X射线谱线的波长和强度就可以进行定性和定量分析。通过识别样品中的元素(定性分析)或通过测定样品中某种元素的强度(定量分析)来表征材料组成。高灵敏度X射线荧光光谱仪具备重金属痕量检测能力,快速基本参数法(Fast FP)提升元素精确定量水平,两项核心技术的结合,为XRF元素检测带来新的应用前景。
波长色散型和能量色散型谱仪原理图
现代X射线荧光光谱分析仪由以下几部分组成;X射线发生器(X射线管、高压电源及稳定稳流装置)、分光检测系统(分析晶体、准直器与检测器)、记数记录系统(脉冲辐射分析器、定标计、计时器、积分器、记录器)。
a) 可用于元素分析,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。一般是半定量测试,可测试的深度是毫米级,可作为一种快速的无损分析。
电子在一系列壳层中围绕原子核运行,这些壳层被标记为K、L、M、N等。当内壳层(低能级)因辐射失去一个电子,变得不平衡时,外壳层(高能级)中的电子会跃迁到内壳层以保持稳定。这个电子的跃迁过程会发射出在X射线范围内特定的能量。在你的仪器里放一个探测器来测量这些特征X射线能量,你就能知道你的材料里有什么元素了。如果你看XRF的元素周期表,你就会发现一系列数字,这些数字代表了从外壳层到内壳层的每一次跃迁的特征X射线的能量,不同的元素都具有唯一不同的数字组合。这些数字组合表示的能量都是以千电子伏特(Kev)来描述。
1. 谱线简单,干扰少,不同元素X射线波长具有特征性。
2. 无需破坏样品,且固体、粉末、液体样品皆可以分析。
3. 分析元素范围及浓度范围广:对轻元素的灵敏度要低一些,除少量轻元素不能分析,元素周期表其他元素皆可,分析元素定量可达ppm级别,但定量分析需要标样。常规测试范围11Na-92U,部分仪器可以测到O元素,如果需要测到O需要备注好。
4.无损分析。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。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,不过容易受元素相互干扰和叠加峰的影响。
1. 为什么要求XRF测试粉末样品用量最好达到3 g以上?
因为需要和淀粉一起压片做,如果样品量太少的,需要加很多淀粉容易导致结果不准确。
2. 为什么XRF测试要求薄膜(块体)样品尺寸直接要大于2.5 cm?
因为放置薄膜(块体)样品需要放进测试槽,测试槽的直径是2.5 cm,如果样品太小会固定不了。
XRF测试原则上可以精确到ppm级别的,但这个精度是基于标准物质的,常规的XRF测试只是半定量测试,误差不好判断,仅作为元素含量百分比的参考。
答:块状样品直径需在30-40mm之间,轻合金(铝镁合金)厚度不低于5mm,其它合金厚度不小于1mm,其它材料厚度需满足3-5mm。
答:需要参考样品本身是否均匀,一般认为,XRF结果是半定量结果。
XRF不需要选择元素,一般是直接扫描,可测试单质模式和氧化物模式。
碳含量高不易压片,一般是建议样品做灰分处理后再进行压片测试。
能量型XRF是可以提供谱图的,一般波长型只能提供原始数据,需要自行绘图,这两个我们都有的哈。
XRF是作为定性半定量的无损检测方法,一般可以比较元素量多少,不可以准确定量。
XRF是可以直接做到从Na-U的全扫谱图,或者F-U。
14.XRF的检出限是多少?(可以测的元素最低浓度是多少?)
XRF理想状态下可测到1ppm,但是实际大概在500ppm,干扰误差一般在±5%左右。
15.粉末样品一般都要求把刚做好的样品放在干燥器里保存,请问该用哪种干燥器好?
(2) 常用的有两种,一种是放置吸水硅胶的,一种是放置浓硫酸的,考究一点再把它搬到冰箱里面,干燥剂可以控制水份,放在冰箱里可以控制温度,达到低温干燥的目的,尤其是保护标准物质和标准溶液。
能量型荧光光谱仪分析区域比较小,分析精度也差点,可能速度也慢一些,但操作简便。
17.做粉末样品的成分分析时, 所用到的压片材料是什么?
(1)一般用聚氯乙烯垫圈(PVC);(2) 用PVC、铝圈和金属瓶盖,但用的圈子都是一次性就报废掉的,因为圈子跟着变形;(3) 可以自制一个金属头,刚好能放进去的,不过还得注意射线管是上照还是下照的,因为经常掉粉末;(4) 或者用钢环。
18.X荧光光谱热电的仪器, 检测口放一铜片的作用?
(1) 有的手持式的在头部装有一个校正的样品, 同时在不用的时候也可以保护X射线发射源;
(2) 铜块作用一是作能量校正, 二是在不测其它样品时挡住窗口起保护作用。
由于材料不同,X 荧光对不同的材料的激发效率就是不同的,所以记数率不相同的,同时,是因为金属成份比较复杂,其测量的记数不影响实际的测量结果。
测试时间越长,其测量的精度会越高,一般测量的时间与样品的测试记数率有关,记数率越小,所用的测量的时间越长,一般测试时较小时,建议 200 秒为佳。
21.为什么一个峰,一半是汞的颜色,一半是铅的颜色?
在测量小样品时,使用大的准直器是可以测量的,其测量的结果比较准确。使用小的准直器多是测量样品的某点含量的样品的干扰,如:测量PCB板上的焊点,可以减少 “绿油 ”的影响。
不能做全部元素扫描,因为轻质元素能量跃迁很小,不容易捕捉。最好情况下XRF能检测Na(第十一号元素)以后的元素。
24.XRF测元素含量时 被测元素的化合价态对定量分析结果有没有影响?
XRF只能进行元素分析,而不能进行价态分析。即它的分析结果包括所有价态的元素总量。例如Cr的分析,它分辨不出材料中Cr是以金属Cr、三价铬还是六价铬的形式存在,只能给出总铬的含粒
X射线衍射仪(XRD)是矿物学研究领域内的主要仪器,用于对结晶物质的定性和定量分析。
X射线荧光光谱仪(XRF)是通过测定二次荧光的能量来分辨元素的,可做定量或定性分析。
两种仪器构造与使用对象不同,XRD要复杂,XRF通常比较小。x射线荧光和x射线衍射的区别在于前者是对材料进行成份分析的仪器,而后者则主要是对材料进行微观结构分析以便确定其物理性状的设备。
1.粉末样品需提供3-5g,样品要200目以下,完全烘干;
2.轻合金(铝镁合金)厚度不低于5mm,其他合金不小于1mm,其他材料厚度需满足3-5mm;