南京大学物理学院-x荧光分析

《南京大学物理学院-x荧光分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、X荧光分析(南京大学物理学院江苏南京210000)摘要：本文介绍了能量色散X荧光分析的原理、仪器构成和基本测量、分析方法。实验中还研究了对多道分析器的定标以及利用X荧光分析测量未知样品成分。关键词：X荧光分析；能量刻度；莫塞莱定律一、实验目的1.了解能量色散X荧光分析原理、仪器构成和基本测量、分析方法；2.运用莫塞莱定律（纠ش’٪세ħ세شLaw），从实验推出屏蔽常数和里德堡常数。二、实验原理以一定能量的光子、电子、质子、α粒子或其他离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击出，产生电子空位，原子处于激发态。外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃

2、迁能量，原子回到基态。跃迁能量以特征X射线形式释放，或能量转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，即俄歇电子发射。另外还可能存在几率较低，主量子数相同，角量子数不同，亚壳层间电子的Coster-Kronig非辐射跃迁。测出特征X射线能谱，即可确定所测样品中元素种类和含量。当原子中K层电子被击出后，L层或M层的电子填补K层电子空位，同时一定几率发射特征X射线。L→K产生的X射线叫K系，L层有三个子壳层，允许跃迁使K系有两条谱线K和K。M→K产生的X射线叫Kβ系，M层有五个字壳层，允许跃迁使K有K，K，K三条谱线。当原子中L层电子被击出后，

3、M→L跃迁产生的X射线叫L系。图1是特征X射线系与电子跃迁能级示意图。1图1特征X射线系-跃迁能级示意图特征X射线的能量为两壳层电子结合能之差，即所有元素的K，L系特征X射线能量在几千电子伏到几十千电子伏之间。X荧光分析中激发X射线的方式一般有三种：（1）用质子、α粒子或其他离子激发；（2）用电子激发；（3）用X射线或低能γ射线激发。用质子激发特征X射线的分析技术（常记为PIXE）是几种激发方式中分析灵敏度最高的，相对灵敏度达t，绝对灵敏度可达，而且可以将质子束聚

4、焦、扫描，对样品作微区分析。用电子束激发（常记为EIX），目前主要用在扫描电镜与电子探针中。与PIXE相比，电子激发引起的韧致辐射本底比质子激发大，影响分析灵敏度。一般灵敏度比PIXE低个数量级。另外这种激发方式不能在空气中进行，只适用于薄样品。用X射线或低能γ射线激发（记为XIX），常用X光管，放射性同位素作为激发源。这类激发用射线不易聚焦；分析灵敏度亦稍低，相对灵敏度一般为t，绝对灵敏度约为t，低于PIXE的灵敏度。轻便型仪器常用放射性同位素和X光管作激发源。可选用的同位素源主要有激发出的Fe，Pu

5、，Cd，4Am，Co，Gd等。其中Pu在α衰变后发出的4U的LX射线，其能量为.keV.keV，能谱如图2所示。Pu的半衰期为87.7年，用得比较多。2图2Pu源的X射线能谱X光管是通过加热阴极K发出的热电子在阴、阳极间高压电场加速下，轰击阳极A(常称阳极靶)产生X射线的。图3是比较典型的X光管(钨靶)产生的X射线谱;它由连续谱和特征谱组成。特征谱决定于靶材，其生成机理如前述。连续谱产生机理如图4所示。高速电子打入阳极靶，被靶中原子核的库仑场减速，发出韧致辐射。原子核的质量远大于电子质量，此过程中原子核的动

6、能可忽略，因此，韧致辐射发出的光子能量hv应等于电子动能的减少，即，，th图3X光管激发的X射线谱图4连续谱产生机理示意图当电子动能减少到0时，发出的光子能量最大，相应频率最高，波长最短，thht由上式可知，连续谱有与加速高压成反比的短波限，它与靶材和光管电流均无关。测出短波限，也可以推算出普朗克常数h。在频率不太高时，连续谱的强度近似为，常数∙Z(，，)，辐射的空间分布象偶极振子的辐射分布。频率高时偏前向。连续谱的强度分布与X光管阳极与阴极间电压h，光管电流和靶元素的原子序数有关，其关系为h

7、，连续谱最大强度对应的波长约为短波限的1.5倍（≈.）。䁎䁎特征X射线强度，当X光管靶材一定后，与管电压V和管电流i的关系为I(Vh)，其中V为激发电势，它对应于激发某线系所需的最低能量。当V是V的2~3倍时，n≈，当V>V时，n≈。XIX技术中，人射光子除与样品中原子发生光电作用产生内壳层空位外，还可以发生相干散射和非相干散射（康普顿散射），这些散射光子进入探测器，形成XIX分析中的散射本底。另外，样品中激发出的光电子又会产生轫致辐射，但这产生的本底比散射光子本底小得多，且巨能量也较低，一般在th以下。所以

8、XIX能谱特征是：特征X