【測試方法】X射線螢光光譜介紹(XRF)

2021-01-16 建材研究生學社

1.儀器品牌、型號:XRF-1800 X射線螢光光譜儀

2.主要技術指標:

X射線管:4KW薄窗口、Rh靶、端窗型;

最大功率:60KV、140mA;

分析元素圍:Be-U;

分析濃度範圍:ppm - 100%;

測角儀:θ、2θ獨立驅動方式;

掃描角度(2θ):

SC:0-118 °, FPC:7-148°

3.主要功能:

250μm微區分布分析,可以對固體、粉末、液體的元素進行準確的定性、定量分析,具有重複性好、測量速度快、精度高、靈敏度高等特點。

X射線螢光的簡介:

當一束高能粒子與原子相互作用時,如果其能量大於或等於原子某一軌道電子的結合能,將該軌道電子逐出,對應的形成一個空穴,使原子處於激發狀態。當較外層的電子躍遷(符合量子力學理論)至內層空穴所釋放的能量以輻射的形式放出,便產生了X螢光。X螢光的能量與入射的能量無關,它只等於原子兩能級之間的能量差。由於能量差完全由該元素原子的殼層電子能級決定,故稱之為該元素的特徵X射線,也稱螢光X射線或X螢光。

利用X射線螢光進行元素定性、定量分析工作,需要以下三方面的理論基礎知識:

1、莫塞萊定律(Moseley’s law)

反映各元素X射線特徵光譜規律的實驗定律。莫塞萊研究從鋁到金的38種元素的X射線特徵光譜K和L線,得出譜線頻率的平方根與元素在周期表中排列的序號成線性關係。表明X射線的特徵光譜與原子序數是一一對應的,使X螢光分析技術成為定性分析方法中最可靠的方法之一。

2 、布拉格定律(Bragg’s law)

反映晶體衍射基本關係的理論推導定律,1912年英國物理學家布拉格父子(W.H. Bragg和W.L. Bragg)推導出了形式簡單,能夠說明晶體衍射基本關係的布拉格定律。此定律是波長色散型X螢光儀的分光原理,使不同元素不同波長的特徵x螢光完全分開,使譜線處理工作變得非常簡單,降低了儀器檢出限。

3、 比爾-朗伯定律(Beer-Lambert’s law)

反映樣品吸收狀況的定律涉及到理論X射線螢光相對強度的計算問題。對於X射線螢光分析技術來說,原級射線傳入樣品的過程中要發生衰減,樣品被激發後產生的螢光X射線在傳出樣品的過程中也要發生衰減,由於質量吸收係數的不同,使得元素強度並不是嚴格的與元素濃度成正比關係,而是存在一定程度的偏差。因而需要對此效應進行校正,才能準確的進行定量分析。

三、XRF的測試步驟(以XRF-1800 X射線螢光光譜儀為例)

1開啟儀器的電源

首先請開啟外部冷卻水,然後開啟儀器電源。

電源開關位於主機後面板左下部,

按下面順序打開主機開關:

「SYSTEM(20A)   主機控制電源」

「X-RAY (75A)    X射線的電源」

等待主機前面板的「RUN」指示燈亮後,開啟PC機電源,啟動視窗作業系統。

2啟動PC-XRF軟體

在視窗作業系統的桌面上有一個PC-XRF軟體圖標。

點擊該圖標啟動PCXRF軟體.而後,點擊"main menu (主菜單)」,「Analysis (分析)」,"stop (停止)」窗口彈出。

3 初始化儀器

如果儀器沒有「Initialize(初始化)」,「Maintenance(維護)」窗口會彈出並提示「請初始化儀器」。點擊「Initialize(初始化)」按鈕,對儀器每個部位進行初始化。初始化完成後,儀器每個部位的狀態等都會顯示(OK)。

4 開啟X射線

為了執行分析任務,用戶需要做開啟X射線和冷卻水的操作,這就需要打開「Instrument Setup(儀器設置)"窗口,在分析前設置必要的操作條件。

點擊「Main menu(主菜單)」中的「Maintenance(維護)」按鈕顯示出維護窗口,然後點擊其中的「Instrument Setup(儀器設置)」按鈕,打開儀器設置窗口。「Start-up(開啟)」下面的「Reservation(預約設定)」設置為「ON」,「Tube Cooling Water(射線管冷卻水)」設置為「ON」,PR氣體設置為「ON」,「(溫度控制)」設置為「ON」,然後點擊「Execute Start-up(執行)」按鈕開始執行電壓及電流的升華操作,完成這些操作後屏幕菜單退回原始狀態。

5 進行樣品的定性或定量測試,結果分析。

Main Menu主菜單(從該窗口可以訪問每個程序)

Analysis分析菜單

Condition條件設定

Data process數據處理

Report報告

Instrument Monitor儀器監控

Maintenance維護

Extras特別項

Matching匹配

6 關閉X射線

用戶必須首先關掉X射線,PR氣體以及其它相關設備,然後才能關閉儀器電源。要關閉X射線,必須打開「Instrument Setup(儀器設置)」窗口。

首先點擊「Main Menu(主菜單)」中的「Maintenance(維護)」按鈕,然後點擊其中的「Instrument Setup(儀器設置)」按鈕,打開該窗口。

為了關閉儀器,首先「X-ray Power Off(X射線電源關閉)」設置為「Shutdown(關閉)」「Tube Cooling Water(射線管冷卻水)」設置為「OFF」,PR氣體設置為「OFF」,「(溫度控制)」設置為「OFF」.然後點擊「Execute Start-up(執行)」按鈕開始關閉儀器,完成這些操作後屏幕菜單退回原始狀態。

7 關閉PCXRF軟體

「X ray"關閉後關閉「Main Menu(主菜單),關閉PCXRF軟體,關閉視窗作業系統,關閉計算機電源。

8 關閉儀器電源
關閉計算機電源後按順序關閉儀器後面板下部的X-RAY, SYSTEM開關冷卻水用於冷卻X射線管,一定要等到關閉X射線大約20分鐘後再關閉。

1樣品製備

進行X射線螢光光譜分析的樣品,可以是固態,也可以是液態。

對金屬樣品要注意成份偏析產生的誤差;

化學組成相同,熱處理過程不同的樣品,得到的計數率也不同;

成分不均勻的金屬試樣要重熔,快速冷卻後車成圓片;

對表面不平的樣品要打磨拋光;

對於粉末樣品,要研磨至300目-400目,然後壓成圓片,也可以放入樣品槽中測定。

對於固體樣品如果不能得到均勻平整的表面,則可以把試樣用酸溶解,再沉澱成鹽類進行測定。

對於液態樣品可以滴在濾紙上,用紅外燈蒸乾水分後測定,也可以密封在樣品槽中。

總之,所測樣品不能含有水、油和揮發性成分,更不能含有腐蝕性溶劑。

2 定性-定量分析

當分析未知樣品的時候,首先測定X射線的強度,檢查組成元素,然後進行F P計算得到定量分析結果。

3 定量分析

當分析已知組成元素的樣品時,首先測量元素的X射線強度,然後根據工作曲線或者靈敏度係數計算出定量結果。對圖像進行分析以檢查元素的密度分布時,也作為定量分析的一類。

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線上郵箱:jiancaixueshe@163.com

來源:孫鈺璇、文夢媛

編輯:張曦蕊

審核:宋慶 李茂

審定:馬文林 趙雨姍 羅為

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