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1、上海光源X射线成像讲习班2013年10月23-25日日上海日上海X射线荧光成像邓邓彪邓彪上海光源国家科学中心先进成像实验室目录X射线荧光光谱基本原理ＸＸ射线荧光成像Ｘ射线荧光成像Ｘ射线荧光mappingX射线荧光CT上海光源成像线站ＸＸ射线荧光成像系统Ｘ射线荧光成像系统实验装置重建算法实验操作X射线荧光光谱基本原理粒子束与原子相互作用的物理图像。MX-ray(Augere-)LK粒子束靶原子ElectronX射线荧光的产生当试样受到x射线、高能粒子束、紫外光等照射时，由于高能粒子或光子与试样原子碰撞，将原子内层电子逐出形
2、成空穴，使原子处于激发态，这种激发态离子寿命很短，当外层电子向内层空穴跃迁时，多余的能量即以x射线的形式放出，并在外层产生新的空穴和产生新的x射线发射，这样便产生一系列的特征x射线。莫斯莱定律1913年年，年，，英国物理学家莫斯莱，英国物理学家莫斯莱(Moseley)就详细研究了不同元素的特征X射线谱,依据实验结果确立了原子序数Z与X射线波长之间的关系。。这就是莫斯莱定律。这就是莫斯莱定律：不同的元素具有不同的特征X射线，，根据特征谱线的，根据特征谱线的波长，，可以判断元素的存在，可以判断元素的存在，，即，即定性分析。根据谱线的强度
3、，，可以进行，可以进行定量分析。特征X射线线系并不是对应于所有能级组合的谱线都能出现，，而是必须遵，而是必须遵守电子跃迁的选择定则进行跃迁迁，迁，，才能辐射出特征，才能辐射出特征X射线。∆n=1的跃迁产生的线系命名为α线系，∆n=2的跃迁产生的线系命名为β线系，，依次类推，依次类推。各系谱线产额依K，L，M系顺序递减，，因此原子序数，因此原子序数<55的元素通常选K系谱线做为分析线，，原子序数，原子序数>55的元素，，选，选L系谱线做为分析线。X射线荧光光谱分析的基本原理试样受X射线照射后，，其中各元素原子的内壳层，其中各元素原子
4、的内壳层（K，L或M层层）层））电子被激发逐出原子而引起电子跃迁）电子被激发逐出原子而引起电子跃迁，，并发射出该，并发射出该元素的特征X射线荧光。。每一种元素都有其特定波长的特征。每一种元素都有其特定波长的特征X射线。通过测定试样中特征X射线的波长，便可确定存在何种元素素，素，，即为，即为X射线荧光光谱定性分析。元素特征X射线的强度与该元素在试样中的原子数量（（即（即含量））成比例）成比例，，因此，因此，，通过测量试样中某元素特征，通过测量试样中某元素特征X射线的强度，，采用适当的方法进行校准与校正，采用适当的方法进行校准与校正，，便
5、可求出该元素在，便可求出该元素在试样中的百分含量，，即为，即为X射线荧光光谱定量分析。X射线荧光光谱分析的特点•分析元素范围广：Be—U•测量元素含量范围宽宽：宽：：痕量：痕量—100%•分析试样物理状态不做要求，固体、粉末、晶体、非晶体均可。•不受元素的化学状态的影响。•属于物理过程的非破坏性分析，，试样不发生化学变，试样不发生化学变化的无损分析。•可以进行均匀试样的表面分析。X射线荧光光谱的应用广泛应用于地质、、冶金、冶金、、矿山、矿山、、电子机械、电子机械、、石油、石油、、化工、化工、、航、航空航天材料、、农业、农业、、生态环境、生
6、态环境、、建筑材料、建筑材料、、商检等领域的材料化、商检等领域的材料化学成分分析。直接分析对象:固体:块状样品(规则,不规则)比如:钢铁,有色行业(纯金属或多元合金等),金饰品等固体:线状样品,包括线材,可以直接测量固体:钻削,不规则样品,可以直接测量粉末:矿物,陶瓷,水泥(生料,熟料,原材料,成品等),泥土,粉末冶金,铁合金或少量稀松粉末,可以直接测量;亦可以压片测量或制成玻璃熔珠稀土同步辐射X射线荧光分析同步辐射X射线荧光分析法是在传统的X射线荧光分析法基础上发展起来的，它用同步辐射光源代替传统的X光源作为激发源。同步辐射
7、光源具高强度、高极化性和天然准直等特点，使用它激发的X射线荧光分析具有比传统X光源或电子束激发的X射线荧光分析高灵敏度和高空间分辨，可以说同步辐射源是X射线荧光分析最理想的激发源。XX射线、、质子、质子、、电子、电子荧光分析比较第三代同步辐射装置上的X射线微探针利用单色光可达到10-15克的元素探测灵敏度。同步辐射X射线微探针的元素探测限比PIXE低得多，探测结构的灵敏度比电子衍射高得多。目录X射线荧光光谱基本原理ＸＸ射线荧光成像Ｘ射线荧光成像Ｘ射线荧光mappingX射线荧光CT上海光源成像线站ＸＸ射线荧光成像系统Ｘ射线荧光成
8、像系统实验装置实验操作数据处理X射线荧光成像1)硬X射线荧光微探针（mapping扫描成像）用聚焦极细的X射线轰击样品的表面，并根据微区内所发射出X射线的波长（或能量）和强度进行定性和定
