地球科学测试技术 第二章 X射线荧光光谱-全岩主量元素分析.ppt

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1、第二章X射线荧光光谱-全岩主量元素分析光谱法是以光的发射、吸收和散射为基础建立起来的分析方法，根据光谱的波长和强度来进行定性和定量分析。非光谱法不是以光的波长为特征信号，而是通过测量光的某些其他性质，如反射、折射、干涉、衍射和偏振等变化建立起来的方法。这类方法有折射法、干涉法、X射线衍射法等。1895年德国物理学家伦琴Röntgen发现奇异的光线：可穿透不透明物质，使气体电离等，当时对其知之甚少——X射线（光电效应）1912年劳厄Laue认识到X射线具有一定波长的电磁波（波动性）X射线的认识阶段：X射线分析主要应用在以下三个方面：1以X射线照射后在晶体中产生衍射和散射现象来研究物相结

2、构的X射线衍射分析；2以被照元素产生特征X射线来研究物相化学成分的X射线荧光分析；3以被照元素对X射线吸收来探测物相貌相的X射线透视分析。X射线荧光分析发展历程50年代出现商用X射线发射与荧光光谱仪60年代出现X射线能量色散X射线荧光光谱仪近代出现全反射X射线荧光分析TXRF,便携式X射线荧光分析PXRF,同步辐射X射线荧光分析SRXRF,粒子诱发X射线荧光分析PIXE,微束X射线荧光分析MXRFX射线的产生及其特点X射线荧光分析的原理X射线荧光分析法的特点X射线荧光光谱仪器的结构XRF定量分析方法六分析样品的制备一X射线的产生及其特点1X射线的产生X射线管：由一个热阴极（钨丝）和金

3、属靶材料（Cu、Fe、Cr、Mo等重金属）制成的阳极组成。侧窗型和端窗型两种*侧窗型管阳极接地*端窗型管灯丝接地，系靶接正高压阴级阳级+-X射线的产生：当两极之间加上几万伏的高压时，阴极产生的电子被加速向阳极靶上撞击，电子的动能绝大部分转变成热能（一般用水冷却），少部分转变成一种波长为0.001~50nm的电磁波，这种电磁波即为X射线（X光、伦琴射线）。X照片伦琴夫人的手戒指X-radiationMicrowavesg-radiationUVIRRadiowaves10-610-311031061091012Wavelength(nm)可见光微波无线电波在电磁波谱中，X射线的波长范围

4、约为0.01nm到10nm，相当于可见光波长的10万分之一到50分之一。连续光谱（白色光谱）由于电子在与原子碰撞时的能量损失是一个随机过程，影响的因素有：碰撞的次数，电子的飞行方向，管内的残留气体等。因此我们得到的是具有各种不同能量（波长）的电磁波所组成的连续的X射线谱。从X射线管辐射出的X射线光谱分为两种：连续光谱的总强度为：I=KiZU2其中：K为比例常数，Z为靶材料的原子序数，i为X光管电流，U为加速电压。因此，靶材的原子序数越大，X光管的管压（一般为50~100kv）越高，则连续谱强度越大。在X射线荧光分析中，一般以连续X射线作为激发源。这是因为X射线的强度存在连续分布的形式

5、，适合于周期表上所有元素的各个谱系的激发。原子在发生电子跃迁的同时，将辐射出带有一定频率或能量的特征谱线。特征谱线的频率大小决定于电子在始态和终态的能量差，其能量的一般表达式为：hνm1→m2=Em1-Em2=∆Em1→m2不同元素具有不同的X特征谱线的波长，可以判别元素的性质，即进行定性分析；根据谱线的强度，可以进行定量分析。特征光谱劳厄斑LauespotsX射线X--ray晶体crystal劳厄斑Lauespots1914年获诺贝尔物理学奖具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气电离。2X射线的特点波粒二象性波动性：一种波长很短的电磁波，可以发生衍射、偏振，具一定波长与频率粒子

6、性：一定的能量和动量等特征穿透能力强，医学上人体X光透视；工业上材料检测.具有光电效应它可以使气体电离，产生电离效应；当光子能量进一步升高，将与被照射物原子的内层电子相碰撞，使其激发并形成空位，导致电子重排，产生二次X射线，即荧光X射线。此为X射线荧光分析的基础。若被照射物原子内层电子空位，被外层电子填补后，其多余的能量不以X射线的形式放出，而是传递给其余外层电子，使之脱离原子本身。即俄歇效应。是原子中内层电子被电离后出现空穴，较外层产生电子跳入空穴时释放出能量，该原子内部吸收，并驱出较外层的一个电子的物理现象所驱出较外层电子相对内层驱出的第一个光电子，前者称俄歇电子俄歇（Auger

7、）效应散射现象X射线与物体碰撞将使前进方向发生改变而产生散射现象，可分为相干散射（能量不变）和非相干散射（能量变小）吸收现象X射线穿过被照物体时，因为散射、光电效应和热损耗的影响，出现强度衰减的现象称为X射线的吸收。二X射线荧光分析的原理1X射线荧光的产生X射线荧光产生的机理与特征X射线相同，只是采用X射线为激发手段。所以X射线荧光只包含特征谱线，而没有连续谱线。X射线荧光的产生照射物质的一次X射线能量将物质中原子的K、L层电子逐出（光电效应）原子转变为激