X射线荧光分析技术.ppt

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1、第三节X射线荧光分析技术(XRF)第三章核分析技术与方法1利用外界辐射激发待分析样品中的原子，使原子发出特征X射线（荧光），通过测定这些特征X射线的能量和强度，可以确定样品中微量元素的种类和含量，这就是X射线荧光分析，也叫做源激发X荧光分析。X射线荧光分析（X-rayfluorescenceanalysistechnique）:2第三节X射线荧光分析1.1X射线荧光方法的物理基础1.2X射线荧光方法和技术1.3X射线荧光的室内分析31.1X射线荧光方法的物理基础一、X射线的本质与特点二、X射线荧光的产生与莫塞莱定律三、俄歇效应与荧光产额41.1X

2、射线荧光方法的物理基础一、X射线的本质与特点1、伦琴发现X射线52、本质和特点X射线（次级X射线荧光）是在原子核周围，由电子或其它粒子轰击内层轨道电子，并使之脱离原子而形成电子空位，在邻近壳层电子补充空位时，其剩余能量释放后产生的高频电磁波，具有波动性；波长为：0.13～0.48Å67E=h,=c/日常生活中的射频图谱8波动性光速、反射、折射、偏振、相干散射波长单位：10－10m光速，反射，折射，偏振和相干散射等，以一定的波长和频率为特征。a、1906年巴克拉偏振现象b、1912年劳厄晶格衍射实验c、1913年莫塞莱和布拉格进一步证实波长色散

3、X荧光分析显示X射线的波动性有:实验证实：9光电吸收，非相干散射，气体电离和产生闪光等现象，以一定的能量和动量为特征；能量色散X荧光分析E=h,=c/微粒性能量、电离、光电吸收、非相干散射能量单位：eV显示X射线的微粒性有:10同一切微观粒子一样，X射线也具有波动和微粒的双重性;显然，无论是测量能量还是波长，都可以实现对相应元素的分析，其效果是一样的。波动性光速、反射、折射、偏振、相干散射波长单位：10－10mE=h,=c/微粒性能量、电离、光电吸收、非相干散射能量单位：eV11其一，高能粒子与原子发生碰撞并从中驱逐一个内层电子，出现一

4、个电子空位,此时原子处于受激态。其二，经过10-12～10-14s，外层电子向内跃迁，填补内层电子空位，同时放出X射线。第一个过程是吸收入射粒子能量，因而入射离子的能量必须略高于内层电子的结合能；第二个过程是放出能量，其特征X射线能量等于两个能级的能量差。1)特征X射线的产生过程：二、X射线荧光的产生与莫塞莱定律12跃迁选择定则:△n≠0△l=±1△j=0,±1MLKL线系K线系3d5/23d3/22P3/22P1/22S1/22P3/22P1/22S1/21S1/2特征X射线能级图解2）特征X射线谱的结构Kα1和Kα2Kβ1、Kβ2、Kβ3MLK

5、L线系K线系3d5/23d3/22P3/22P1/22S1/22P3/22P1/22S1/21S1/2L线系K线系3d5/23d3/22P3/22P1/22S1/22P3/22P1/22S1/21S1/213原子能级及K、L系X荧光谱线产生示意图壳层3）X荧光谱线的概念与谱系命名14K系谱线包括Ka1、Ka2、Kβ1、Kβ2、Kβ3等。并且它们之间的X射线照射量率相差很大。大致比例为：I(Ka1):I(Ka2):I(Kβ1):I(Kβ2)=100:50:25:5各谱系之间X射线强度也相差很大，近似为：K:L:M=100:10:1这表明，每一元素的X

6、射线谱的结构很复杂，其中，Ka线相对强度是最大的．15两个概念：a、能驱逐一个内层电子所需的入射粒子的最低能量称之为吸收限。b、激发效率（ξ），表征入射粒子的激发特性定义：一个入射粒子与单位面积上一个靶原子作用时，在某壳层上产生X荧光的几率。161913年，莫塞莱（H.G.J.Moseley)发现，每个谱系的X射线能量的平方根与原子序数Z之间存在着以下简单的线性关系：（1）式中，a和b均为常数。这就是莫塞莱定律。(2)式中，R为里德伯常数；h为普朗克常数；c为光速。4）莫塞莱定律an—正数，与内壳层电子数目有关n1,n2---壳层电子跃迁前后所处壳

7、层的主量子数17三、俄歇效应与荧光产额1、俄歇效应X射线荧光产生过程中，若产生特征X射线的能量大于原子某外层电子的结合能时，则有可能将能量传递给原子本身的外层电子，使之成为自由电子，而不再发射特征X射线。这一物理过程称为俄歇效应，相应的电子称为俄歇电子，俄歇电子的动能为特征X射线的能量与该外层电子结合能之差。18发射特征X射线的几率称为荧光产额，用ω表示。荧光产额可分为K层，L层，M层，…等不同的荧光产额。K层荧光产额(ωk)定义为单位时间内K层发射特征X射线光子，除以K层在同一时间形成的电子空位数。式中：NK为K层单位时间内形成的电子空位数;(n

8、K)为单位时间内i射线谱发射的光子数。L层、M层的荧光产额ωL和ωM的确定方法也类似。2、荧光产额19荧光产额的计算比较复