X射線熒光分析儀簡介
X射線熒光分析儀是一種比較新型的可以對多元素進(jìn)行快速同時(shí)測定的儀器。在X射線激發(fā)下,被測元素原子的內(nèi)層電子發(fā)生能級躍遷而發(fā)出次級X射線(X-熒光)。
波長和能量是從不同的角度來觀察描述X射線所采用的兩個(gè)物理量。波長色散型X射線熒光光譜儀(WD-XRF)。是用晶體分光而后由探測器接受經(jīng)過衍射的特征X射線信號。如果分光晶體和控測器做同步運(yùn)動,不斷地改變衍射角,便可獲得樣品內(nèi)各種元素所產(chǎn)生的特征X射線的波長及各個(gè)波長X射線的強(qiáng)度,可以據(jù)此進(jìn)行特定分析和定量分析。該種儀器產(chǎn)生于50年代,由于可以對復(fù)雜體進(jìn)行多組同時(shí)測定,受到關(guān)注,特別在地質(zhì)部門,先后配置了這種儀器,分析速度顯著提高,起了重要作用。
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步在60年代初發(fā)明了半導(dǎo)體探測儀器后,對X熒光進(jìn)行能譜分析成為可能。能譜色散型X射線熒光光譜儀(ED-XRF),用X射線管產(chǎn)生原級X射線照射到樣品上,所產(chǎn)生的特征X射線(熒光)這節(jié)進(jìn)入SI(LI)探測器,便可以據(jù)此進(jìn)行定性分析和定量分析,第一臺ED-XRF是1969年問世的。近幾年來,由于商品ED-XRF儀器及儀表計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展,功能完善,應(yīng)用領(lǐng)域拓寬,其特點(diǎn),優(yōu)越性日益搜到認(rèn)識,發(fā)展迅猛。
波長色散型與能量色散型的區(qū)別
雖然光波色散型(WD-XRF) X 射線熒光光譜儀與能量色散型(ED-XRF)X射線熒光光譜儀同屬于X射線熒光分析儀,它們產(chǎn)生信號的方法相同,最后得到的波譜也極為相似,但由于采集數(shù)據(jù)的方式不同,WD-XRF(波譜)與ED-XRF(能譜)在原理和儀器結(jié)構(gòu)上有所不同,功能也有區(qū)別。
X射線熒光光譜法,是用X射線管發(fā)出的初級線束輻照樣品,激發(fā)各化學(xué)元素發(fā)出二次譜線(X-熒光)。
波長色散型熒光光譜儀(WD-XRF)是用分光近體將熒光光束色散后,測定各種元素的特征X射線波長和強(qiáng)度,從而測定各種元素的含量。
能量色散型熒光光譜儀(ED-XRF)是借組高分辨率敏感半導(dǎo)體檢查儀器與多道分析器將未色散的X射線熒光按光子能量分離X色線光譜線,根據(jù)各元素能量的高低來測定各元素的量,由于原理的不同,故儀器結(jié)構(gòu)也不同。
波長色散型熒光光譜儀(WD-XRF),一般由光源(X-射線管),樣品室,分光晶體和檢測系統(tǒng)等組成。
為了準(zhǔn)且測量衍射光束與入射光束的夾角,分光晶體系統(tǒng)安裝在一個(gè)精密的測角儀上,還需要一龐大而精密并復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動裝置。由于晶體的衍射,造成強(qiáng)度的損失,要求作為光源的X射線管的功率要打,一般為2-3千瓦,單X射線管的效率極低,只有1%的功率轉(zhuǎn)化為X射線輻射功率,大部分電能均轉(zhuǎn)化為而能產(chǎn)生高溫,所以X射線管需要專門的冷卻裝置(水冷或油冷),因此波譜儀的價(jià)格往往比能譜儀高。
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能量色散型熒光光譜儀(DE-XRF),一般由光源(X-線管),樣品室和檢測系統(tǒng)等組成,與波長色散型熒光光譜儀的區(qū)別在于他不分光晶體,由于這一特點(diǎn)使能量色散型熒光光儀具有如下的優(yōu)點(diǎn):
1、儀器結(jié)構(gòu)簡單。裝置既省略了晶體的精密運(yùn)動裝置,也無需精確調(diào)整。還避免了晶體衍射所照成的前度損失,光源使用的X射線管功率低,一般在100W一下,不需要昂貴的高壓發(fā)生器和冷卻系統(tǒng),空氣冷卻即可,節(jié)省電力。
2、?能量色散型熒光光儀的光源。樣品,檢測器彼此靠得越近,X射線的利用率很高,不需要光學(xué)聚集,在累計(jì)整個(gè)光譜時(shí),對樣品位置變化不象波長色散型熒光光譜儀那樣敏感,對樣品形狀也無特殊要求。
3、在能量色散型熒光光譜儀中,樣品發(fā)出的全部特征X射線光子同時(shí)進(jìn)入檢測器,這樣奠定了使用多道分析器和熒光同時(shí)累計(jì)和現(xiàn)實(shí)全部能譜(包括背景)睇基礎(chǔ),也能清楚地表明背景和干擾線。因此,半導(dǎo)體檢測器X射線光譜儀能比晶體X射線光譜儀快而方便地完成定性分析工作。
4、能量色散型熒光光譜儀減小了化學(xué)狀態(tài)引起的分析線波長的漂移影響。由于同時(shí)累積還減少了一起的漂移影響,提高凈計(jì)算的統(tǒng)計(jì)精度,可迅速而方便地用各種方法處理光譜。同時(shí)累積觀察和測量所有元素,而不是按特定譜線分析特定元素。因此,減少偶然錯(cuò)誤判斷某元素的可能性。
考慮到各種情況,能量色散型熒光光譜儀和波長色散型熒光光譜儀的檢測限基本相同。
但在(高能光子)范圍內(nèi)能量色散型熒光光譜儀分辨率好些,在長波(低能光子)范圍內(nèi),波長色散型熒光光譜儀的分辨率好些。
就定性分析而言,在分析多種元素時(shí)能量色散型熒光光譜儀優(yōu)于單道晶體譜儀。就測量個(gè)別分析元素而言,波長色散型熒光光譜儀更優(yōu)。如果分析的元素事先不知道,用能量色散較好,而分析元素已知則用多道晶體色散儀好。
對易受放射性損傷的樣品,如果液體,有機(jī)物(可能發(fā)生輻射分解),玻璃品,工藝品(可能發(fā)生褪色)等,用能量色散型熒光光譜儀分析特別有利。能量色散型熒光光譜儀很適合動態(tài)系統(tǒng)的研究。如在催化,腐蝕,老化,磨損,改性和能量轉(zhuǎn)換等與表面化學(xué)過程有關(guān)的研究。
總之,WD-XRF與ED-XRF兩種儀器,各有所有優(yōu)點(diǎn)和不足,它們只能互補(bǔ),而不能替代。
WD-XRF與ED-XRF的簡明比較
項(xiàng)目 |
WD-XRF |
ED-XRF |
原理 |
X熒光經(jīng)晶體分光,在不同衍射角測量不同元素的特征線。 |
X熒光直接進(jìn)入檢測器,經(jīng)電子學(xué)系統(tǒng)處理得到不同元素(不同能量)的X熒光能譜。 |
結(jié)構(gòu) |
為滿足全波段需要,配置多塊晶體,根據(jù)單道掃描和多道同時(shí)測定的需要,設(shè)置掃描機(jī)構(gòu)和若干固定通道。 |
無掃描機(jī)構(gòu),只用一個(gè)檢查器和多道脈沖分析器,結(jié)構(gòu)簡單得多,無轉(zhuǎn)動件,可靠性高。 |
X-光管 |
高功率,要高容量冷卻系統(tǒng),管壽命短 |
低功率,不許冷卻水,管壽命水 |
檢測器 |
正比計(jì)數(shù)器,和λ,晶體,檢測器有關(guān) |
SI(LI),用LN冷卻 |
靈敏度 |
μɡ∕ɡ級 |
輕基體μɡ∕ɡ級,其他10-102μɡ∕ɡ級 |
準(zhǔn)確度 |
取決于標(biāo)樣 |
取決于標(biāo)樣 |
精密度 |
很好 |
低濃度時(shí)不如WD-XRF |
系統(tǒng)穩(wěn)定性 |
需作周期性漂移校正,定期工作曲線 |
好,工作曲線可長時(shí)間使用 |
方便性 |
一般 |
好 |
分析速度 |
單道慢,多道快 |
快 |
人員要求 |
較高 |
一般 |
樣品表面 |
要求平坦 |
要求不高 |
價(jià)格 |
$18-45萬/臺(其中單道掃描$18-25萬/臺) |
$6-11萬/臺(其中較小型的$6-7萬/臺) |
測定元素范圍 |
Z≥5,B-U |
Z≥11,Na-U,特殊薄窗時(shí)可Z≥8,O-U |
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