偏振X射线荧光分析仪原理-斯派克.pdf

偏振偏振偏振偏振X X射线荧光分析仪原理射线荧光分析仪原理射线荧光分析仪原理射线荧光分析仪原理斯派克广州代表处斯派克广州代表处基 础 理 论基 础 理 论X射线及射线及X射线的产生射线的产生?1895 Roentgen Discovers X-Rays什么是什么是X射线？射线？X射线是一种射线是一种电磁波电磁波，是，是原子内层电子原子内层电子受到受到激发激发，在，在跃迁跃迁的时候，产生的一种电磁辐射。的时候，产生的一种电磁辐射。射线射线射线射线X X射线射线射线射线紫外线紫外线紫外线紫外线可见光可见光可见光可见光红外线红外线红外线红外线微波微波微波微波无线电波无线电波无线电波无线电波1 1 pmpm100 pm100 pm10 nm 10 nm 1 um1 um10 um10 um100 mm100 mm100 m100 m电磁波谱电磁波谱电磁波谱在日常生活中的应用电磁波谱在日常生活中的应用无线电波：收音机，电报，手机等无线电波：收音机，电报，手机等微波：微波炉微波：微波炉红外线：红外线照相机，红外线保暖衣服等红外线：红外线照相机，红外线保暖衣服等可见光：不用举例可见光：不用举例紫外线：紫外线消毒紫外线：紫外线消毒X射线：射线：X射线透视、照相，探伤，元素分析等射线透视、照相，探伤，元素分析等射线：医用刀等射线：医用刀等X射线荧光射线荧光光谱学上的光谱学上的“荧光荧光”：泛指物质受到外来的原级辐射照射时，物质发出的次级辐射，波长（能量）在：泛指物质受到外来的原级辐射照射时，物质发出的次级辐射，波长（能量）在X射线范围荧光叫射线范围荧光叫X射线荧光。不仅射线荧光。不仅X射线可以产生荧光，可见光、紫外线也可以产生荧光。射线可以产生荧光，可见光、紫外线也可以产生荧光。广义上的荧光又可以分为狭义上的荧光和磷光。广义上的荧光又可以分为狭义上的荧光和磷光。荧光：当原级辐射消失时，次级辐射也同时消失的辐射（高速公路上的荧光带）。荧光：当原级辐射消失时，次级辐射也同时消失的辐射（高速公路上的荧光带）。磷光：当原级消失时，物质仍延续发出次级辐射的辐射（萤火虫晚上发出的可见光）。磷光：当原级消失时，物质仍延续发出次级辐射的辐射（萤火虫晚上发出的可见光）。特征特征X射线产生机理射线产生机理要了解要了解X射线产生的机理必须从原子结构谈起：核外电子射线产生的机理必须从原子结构谈起：核外电子原子质子原子核中子原子质子原子核中子同种元素的原子核含有相同的质子数同种元素的原子核含有相同的质子数。原子结构模型原子结构模型(Shells)原子核原子核原子结构原子结构基态（稳定态）电子电子特征特征X射线的产生过程射线的产生过程从从X光管发出的入射光管发出的入射X光光电子吸收入射电子吸收入射X光被激发出轨道光被激发出轨道高能级电子填补空穴高能级电子填补空穴能级的能量差转化为特征能级的能量差转化为特征X荧光荧光特征特征X射线的产生射线的产生L ShellsK ShellNucleus入射入射X-Ray被激发出轨的电子被激发出轨的电子特征特征X荧光进入计数器荧光进入计数器从从X光管发出的入射光管发出的入射X光光L ShellsK ShellNucleus原子获得能量电子吸收入射电子吸收入射X光被激发出轨道光被激发出轨道L ShellsK ShellNucleusK层电子被激发，原子处于高能态（Eh）高能级电子填补空穴高能级电子填补空穴L ShellsK ShellNucleus高能态原子不稳定，L层电子发生跃迁，填充K层空穴，原子趋于低能态（基态El）能级的能量差转化为特征能级的能量差转化为特征X荧光荧光L ShellsK ShellNucleusX荧光Ex=Eh-El特征特征X射线的命名射线的命名对应于电子跃迁的终态可将特征谱线分成对应于电子跃迁的终态可将特征谱线分成K、L、M线系线系每系谱线又根据电子跃迁初始壳层的不同分为若干谱线，如每系谱线又根据电子跃迁初始壳层的不同分为若干谱线，如K线系线系K ，K ;L线系线系L,L 象象 K 1，K 2的下角的的下角的1，2表示由表示由L层不同亚层的电子跃迁到层不同亚层的电子跃迁到K层空位产生谱线的微小能量差别层空位产生谱线的微小能量差别特征X射线的标记谱线 终态 始态谱线 终态 始态谱线 终态 始态谱线 终态 始态谱线 终态 始态谱线 终态 始态K1K LL3LLL6LNK2K LLLLL15LNK1K ML1LMM1MNK2K ML1LMM2MNK1K NL5LNM1MNK2K NLLNM1MNL3LML3LMM2MNL4LML4LMMMNL2LNL2LNMMO原子模型和原子模型和X射线的名称射线的名称Nucleus原子结构原子结构K线L线X光管产生光管产生X射线的过程射线的过程X光管光管灯丝（灯丝（filament）铍窗（）铍窗（Be Window）阳极靶阳极靶Target （Ag,Pd,Rh,etc.)X光管示意图光管示意图真空（真空（vacuum）X射线（射线（X-Ray）X光管产生的光管产生的X射线的典型图谱射线的典型图谱Energy(KeV)IntensityCharacteristic X-raysfrom the targetMoKX射线能量与波长的关系射线能量与波长的关系E=hc/元素的定性分析元素的定性分析X荧光的能量或波长代表了特征的元素.即每个元素都有其特定的能量或波长特征能量与元素的对应关系特征能量与元素的对应关系特征特征X射线强度与元素含量的关系射线强度与元素含量的关系普通能量色散型普通能量色散型X射线能谱仪的结构射线能谱仪的结构样品样品样品样品计数器计数器计数器计数器X X光光源光光源光光源光光源计数器滤光片计数器滤光片计数器滤光片计数器滤光片滤光片滤光片滤光片滤光片样品样品X光管光管Energy(keV)Intensity 计数器计数器Electronics仪器结构简图仪器结构简图高压发生器冷却系统固/液体高压供给脉冲放大/多道分析器计算机计算机偏振偏振X射线荧光能谱分析射线荧光能谱分析人类认识偏振光人类认识偏振光19061973/7419771980/85198619901992/961906年英国物理学家Charles Glover Barkla首先阐述了偏振光及特性首先阐述了偏振光及特性偏振偏振X射线荧光技术的历史射线荧光技术的历史1973/74 Young,Dzubay 研制出了研制出了EDXFR1977 Ryon 首次采用多层首次采用多层B4C为起偏器为起偏器1990 Brumme 设计出偏振设计出偏振XRF的几何结构的几何结构1990 Beckhoff HOPG晶体用于轻元素的分析晶体用于轻元素的分析1992/99 1992/99 1992/99 1992/99 Spectro Spectro Spectro Spectro 首次推出首次推出首次推出首次推出EDEDEDED（P P P P）XRFXRFXRFXRF商业化机型商业化机型商业化机型商业化机型偏振偏振X射线荧光光谱仪的结构射线荧光光谱仪的结构偏振光与测量背景的概念偏振光与测量背景的概念偏振技术反射光使我们看不见被摄物体反射光使我们看不见被摄物体加入偏振片后的效果加入偏振片后的效果偏振偏振X射线的产生射线的产生Bragg晶体起偏器晶体起偏器单色偏振光单色偏振光LiF,HOPGBarkla多晶起偏器多晶起偏器多色偏振光多色偏振光B4C,Al2O3单色部分偏振单色部分偏振X射线的产生射线的产生纯金属次级靶纯金属次级靶单色部分偏振光单色部分偏振光MoCoAlPd偏振与非偏振的背景For animation click on the graphics!绿色是没有偏振的光谱，背景很高，掩盖了绿色是没有偏振的光谱，背景很高，掩盖了Ca的含量的含量The comparison shows an organic matrix:BCR-186(pig kidney)KFeCuZnBrSe偏振与非偏振偏振与非偏振X荧光的比较荧光的比较ED(P)XRF与背景与背景ED（P）XRF的优点一的优点一背景降低背景降低5-10倍倍具有极高的灵敏度及信噪比具有极高的灵敏度及信噪比ED(P)XRF的多光源系统的多光源系统ED(P)XRF的次级靶的次级靶-多光源系统多光源系统ED（P）XRF的优点二多的优点二多X光激发源保证待测元素的最佳激发光激发源保证待测元素的最佳激发偏振偏振X射线荧光光谱仪的结构射线荧光光谱仪的结构ED(P)XRF-“纯净纯净”的的X荧光荧光ED（P）XRF的优点偏振的优点偏振X光具有极强的方向性散射线最少，干扰最小光具有极强的方向性散射线最少，干扰最小ED(P)XRF无滤光片的仪器无滤光片的仪器ED（P）XRF的优点偏振光本身就是最好的滤光片仪器不需要滤光片的优点偏振光本身就是最好的滤光片仪器不需要滤光片SPECTRO XEPOS偏振技术偏振技术偏振技术偏振技术?背景降低背景降低5-10倍，倍，具有极高的灵敏度及信噪比具有极高的灵敏度及信噪比?多多X光激发源，保证待测元素的最佳激发光激发源，保证待测元素的最佳激发?偏振偏振X光具有极强的方向性，光具有极强的方向性，散射线最少，干扰最小散射线最少，干扰最小?大大的减少了基体效应大大的减少了基体效应?采用聚焦型的晶体作为次级靶，使照射到样品的采用聚焦型的晶体作为次级靶，使照射到样品的X光的光密度大大提高光的光密度大大提高?各元素的检出限成倍地优于普通能散型各元素的检出限成倍地优于普通能散型X射线光谱仪射线光谱仪?稳定性达到大型稳定性达到大型X荧光仪的水平荧光仪的水平德国德国SPECTRO偏振偏振X射线荧光光谱仪射线荧光光谱仪世界独一无二的技术独特的商业机型的生产厂家许多指标已接近或达到波长色散型仪器极高的性能价格比世界独一无二的技术独特的商业机型的生产厂家许多指标已接近或达到波长色散型仪器极高的性能价格比技术指标技术指标X光管?-最大电压50kV?-最大电流1mA?-检测系统-能量分辨率小于170电子伏特，铍窗8m?-3位置次级靶交换器(靶材Mo,HOPG,Al2O3)样品杯?提供9个样品杯（直径40mm/32mm,高50mm）?移除样品杯，可以测量更大尺寸的样品检测器?Si漂移检测器?8 m厚度Be窗?Mn K,1000 计数时，能量分辨率好于160 eV方法建立方法建立?设定测量参数（如管电压，管电流，二次靶，样品选择，测量时间等）?设定光谱分峰参数?确定校正参数及校正方法?设定输出参数?测量控制，如开始，停止，脉冲限制数量及手动停止等?全自动定量及定性日常分析?多通道分析功能?数据管理?操作环境下的操作指导功能?实时帮助系统分析软件分析软件 X-LABpro软件包软件包?自动能量及半峰宽校正?测量光谱优化功能?伪峰校正?背景校准?根据方法参数进行分峰?浓度校准?定性分析对话支持?定量分析对话支持?多种校准方式(数学模型)的对话支持(包括:基本参数法、康普顿散射内标法、卢卡斯法、经验系数法等多种方法)SPECTRO用户用户用户用户SINOPECSPECTRO 深圳地区典型客户深圳地区典型客户谢谢谢谢谢谢谢谢!SPECTROSPECTROTEL：0755-82985896139-2526-5460 Kevin Xie