X熒光光譜儀原理

X熒光光譜儀原理不可否認(rèn)，X射線熒光光譜儀有快速、方便和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，但其測(cè)量不卻讓很多用戶難以適從。

 一、X射線熒光光譜儀原理與應(yīng)用探討
X射線熒光光譜儀是2006年7月1日，歐盟開(kāi)始強(qiáng)制實(shí)施ROHS指令，各企業(yè)和實(shí)驗(yàn)室紛紛為此投入設(shè)備進(jìn)行有害物質(zhì)的檢測(cè)。而X射線熒光光譜儀作為初步篩選的有效手段為大家所認(rèn)同，很多企業(yè)或?qū)嶒?yàn)室紛紛購(gòu)買X射線熒光光譜儀進(jìn)行檢測(cè)。
不可否認(rèn)，X射線熒光光譜儀有快速、方便和經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，但其測(cè)量不卻讓很多用戶難以適從。
如何可以發(fā)揮X射線熒光光譜儀的作用，讓其起到應(yīng)有的作用，作者在此提出一些建議，為大家的使用提供一些幫助。

二、什么是X射線熒光光譜儀

X射線是一種電磁輻射，其波長(zhǎng)介于紫外線和Y射線之間。它的波長(zhǎng)沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格界限，一般來(lái)說(shuō)是指波長(zhǎng)為0.001-50nm的電磁輻射。對(duì)分析化學(xué)家來(lái)說(shuō)，zui感興趣的波段是0.01-24nm，0.01nm左右是超鈾元素的k系譜線。1923年赫維西（Hevesy.G.Von）提出了應(yīng)用X 射線熒光光譜進(jìn)行定量分析，但由于受到當(dāng)時(shí)探測(cè)技術(shù)水平的限制該法并未得到實(shí)際應(yīng)用，直到20世紀(jì)40年代后期，隨著X射線管、分光技術(shù)和半導(dǎo)體探測(cè)器技術(shù)的改進(jìn)，X熒光分析才開(kāi)始進(jìn)入蓬勃發(fā)展的時(shí)期，成為一種極為重要分析手段。
用X射線照射試樣時(shí)，試樣可以被激發(fā)出各種波長(zhǎng)的熒光X射線，需要把混合的X射線按波長(zhǎng)（或能量）的X射線的強(qiáng)度，以進(jìn)行定性和定量分析，為此使用的儀器叫X射線熒光光譜儀。由于X光具有一定波長(zhǎng)，同時(shí)又有一定能量，因此，X射線熒光光譜儀有兩種基本類型：波長(zhǎng)色散型和能量色散型

三、X射線熒光光譜儀原理

當(dāng)能量高于原子內(nèi)層電子結(jié)合能的高能X射線與原子發(fā)生碰撞時(shí)，驅(qū)逐一個(gè)內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個(gè)空穴，使整個(gè)原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)原子壽命約為10-12-10-14s,然后自發(fā)的由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程稱為弛豫過(guò)程。弛豫過(guò)程既可以是非輻射躍遷，也可以是輻射躍遷。當(dāng)較外層的電子躍遷到空穴時(shí)，所釋放的能量隨即在原子內(nèi)部被吸收而逐出較外層的另一個(gè)次級(jí)光電子，此稱為俄歇效應(yīng)，亦稱次級(jí)光電效應(yīng)或*效應(yīng)，所逐出的次級(jí)光電子稱為俄歇電子。它的能量是特征的，與入射輻射的能量無(wú)關(guān)。當(dāng)較外層的電子躍入內(nèi)層空穴所釋放的能量不在原子內(nèi)被吸收，而是以輻射形式放出，便產(chǎn)生X射線熒光，其能量等于兩能級(jí)之間的能量差。因此。X射線熒光的能量或波長(zhǎng)是特征性的，與元素有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。
K層電子被逐出后，其空穴可以被外層中任一電子所填充，從而可產(chǎn)生一系列的譜線，稱為K系譜線： 由L層躍遷到K層輻射的X射線叫K 射線，由M層躍遷到K層輻射的X射線叫K 射線??同樣，L層電子被逐出可以產(chǎn)生L系輻射。
     如果入射的x射線使某元素的K層電子激發(fā)成光電子后L層電子躍遷到K層，此時(shí)就有能量△E釋放出來(lái)，且△E=E 一E．，這個(gè)能量是以X射線形式釋放，產(chǎn)生的就是K 射線，同樣還可以產(chǎn)生K 射線，L系射線等莫斯萊(H．G．Mo 8 e1 e y) 發(fā)現(xiàn)，熒光X射線的波長(zhǎng)入與元素的原子序數(shù)z有關(guān)，其數(shù)學(xué)關(guān)系如下：入=K(z—s)
這就是莫斯萊定律，式中K和s是常數(shù)。
      而根據(jù)量子理論，X射線可以看成由一種量子或光子組成的粒子流，每個(gè)光子具有的能量為：E=h V=hC／ 入式中，E為X射線光子的能量，單位為ke V；h為普朗克常數(shù)；v為光波的頻率；C為光速。
     因此，只要測(cè)出熒光X射線的波長(zhǎng)或者能量，就可以知道元素的種類，這就是熒光X射線定性分析的基礎(chǔ)。此外。熒光X射線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有一定的關(guān)系，據(jù)此，可以進(jìn)行元素定量分析。
     X射線熒光光譜儀都需要用×射線管作為激發(fā)光源。圖4是X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖 燈絲和靶極密封在抽成真空的金屬罩內(nèi)，燈絲和靶極之間加高壓(一般為5 0kV)，燈絲發(fā)射的電子經(jīng)高壓電場(chǎng)加速撞擊在靶極上，產(chǎn)生X射線。X射線管產(chǎn)生的一次X射線，作為激發(fā)X射線熒光的輻射源，其短波限入與高壓u之間具有以下簡(jiǎn)單的關(guān)系
                  入0 (rzm)=1-23984-÷u
     只有當(dāng)一次X射線的波長(zhǎng)稍短于受激元素吸收*，才能有效的激發(fā)出X射線熒光。大于的一次X射線其能量不足以使受激元素激發(fā)。
    X射線管產(chǎn)生的x射線透過(guò)鍍窗入射到樣品上，激發(fā)出樣品元素的特征X射線，正常工作時(shí)，X射線管所消耗功率的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線輻射，其余均變?yōu)闊崮苁箈射線管升溫，因此必須不斷的通冷卻水冷卻靶電極。
三．能量色散光譜儀種類及特點(diǎn)
能量色散譜儀是利用熒光X射線具有不同能量的特點(diǎn)，將其分開(kāi)并檢測(cè)，不必使用分光晶體，而是依靠半導(dǎo)體探測(cè)器來(lái)完成這種半導(dǎo)體探測(cè)器有鋰漂移硅探測(cè)器，鋰漂移鍺探測(cè)器， 高能鍺探測(cè)器、si—P I N光電二極管探測(cè)器等。
早期的半導(dǎo)體探測(cè)器需要利用液氮制冷，隨著技術(shù)的進(jìn)步，新型的探測(cè)器利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)代替了笨重的液氮罐， 只有大拇指般粗細(xì)。