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主營產(chǎn)品:X射線熒光光譜儀

X射線熒光光譜儀的物理原理闡述

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XRF用X光或其他激發(fā)源照射待分析樣品,樣品中的元素之內(nèi)層電子被擊出后,造成核外電子的躍遷,在被激發(fā)的電子返回基態(tài)的時候,會放射出特征X光;不同的元素會放射出各自的特征X光,具有不同的能量或波長特性。檢測器(Detector)接受這些X光,儀器軟件系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)為對應的信號。這一現(xiàn)象廣泛用于元素分析和化學分析,特別是在研究金屬,玻璃,陶瓷和建筑材料,以及在地球化學研究、法醫(yī)學、電子產(chǎn)品進料品管(EURoHS)和考古學等領域,在某種程度上與原子吸收光譜儀互補,減少工廠附設的品管實驗室之分析人力投入。
X射線熒光的物理原理
當材料暴露在短波長X光檢查,或伽馬射線,其組成原子可能發(fā)生電離,如果原子是暴露于輻射與能源大于它的電離勢,足以驅(qū)逐內(nèi)層軌道的電子,然而這使原子的電子結構不穩(wěn)定,在外軌道的電子會“回補”進入低軌道,以填補遺留下來的洞。在“回補”的過程會釋出多余的能源,光子能量是相等兩個軌道的能量差異的。因此,物質(zhì)放射出的輻射,這是原子的能量特性。
X射線熒光光譜法在化學分析
主要使用X射線束激發(fā)熒光輻射,到了現(xiàn)在,該方法作為非破壞性分析技術,并作為過程控制的工具,廣泛應用于采掘和加工工業(yè)。原則上,*輕的元素,可分析出鈹(z=4),但由于儀器的局限性和輕元素的低X射線產(chǎn)量,往往難以量化,所以針對能量分散式的X射線熒光光譜儀,可以分析從輕元素的鈉(z=11)到鈾,而波長分散式則為從輕元素的硼到鈾。
基本原理
X射線是一種波長(λ=0.001~10nm)很短的電磁波,其波長介于紫外線和y射線之間。在高真空的X射線管內(nèi),當由幾萬伏高電壓加速的一束高速運動的電子流投射到陽極金屬靶(如鎢靶、銅靶等)上時,電子的動能部分轉(zhuǎn)變成X光輻射能,并以X射線形式輻射出來。從金屬靶射出的X射線主要由兩類波長、強度不等的X射線組成,即連續(xù)X射線譜及特征X射線譜。前者指在X射線波長范圍內(nèi),由其短波限開始并包括各種X射線波長所組成的光譜。后者則指當加于X光管的高電壓增至一定的臨界數(shù)值時,使高速運動的電子動能足以激發(fā)靶原子的內(nèi)層電子時,便產(chǎn)生幾條具一定波長且強度很大的譜線,并疊加在連續(xù)X射線譜上,由特征X射線組成的光譜稱為特征X射線譜。
特征X射線譜源自原子內(nèi)層電子的躍遷。當高速運動的電子激發(fā)原子內(nèi)層電子,而導致X射線的產(chǎn)生,這種X射線稱為“初級X射線”。若以初級X射線為激發(fā)手段,用以照射寶石樣品,會造成寶石的原子內(nèi)的電子發(fā)生電離,使內(nèi)層軌道的電子脫離原子,形成一個電子空位,原子處于“激發(fā)態(tài)”,這樣外層電子就會自動向內(nèi)層躍遷,填補內(nèi)層電子空位,進而發(fā)射出一定能量的X射線。由于它的波長和能量與原來照射的X射線不同,即發(fā)出“次級X射線”。人們將這種由于X射線照射寶石而產(chǎn)生的次級X射線稱X射線熒光。通常,X射線熒光只包含特征X射譜線,而缺乏連續(xù)X射線譜。

當能量高于原子內(nèi)層電子結合能的高能X射線與原子發(fā)生碰撞時,驅(qū)逐一個內(nèi)層電子而出現(xiàn)一個空穴,使整個原子體系處于不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)原子壽命約為10-12~10-14秒,然后自發(fā)地由能量高的狀態(tài)躍遷到能量低的狀態(tài)。這個過程稱為弛豫過程。弛豫過程既可以是非輻射躍遷,也可以是輻射躍遷。當較外層的電子躍遷到空穴時,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次級光電子,此稱為俄歇效應,亦稱次級光電效應或*輻射效應,所逐出的次級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關。當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,其能量等于兩能級之間的能量差。因此,X射線熒光的能量或波長是特征性的,與元素有一一對應的關系。

 

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