X射线衍射仪与能谱仪综合介绍.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,X,射线荧光与衍射分析仪器技术,北京普析通用仪器有限责任公司,提纲,X,射线原理,仪器分类,能谱仪技术应用介绍,衍射仪技术应用介绍,X,射线,1895,年伦琴发现,X,射线,。,X,射线和可见光一样属于电磁辐射，但其波长比可见光短得多，介于紫外线与射线之间，约为,10,2,到,10,2,埃的范围。,X,射线的频率大约是可见光的,10,3,倍，所以它的光子能量比可见光的光子能量大得多，表现出明显的粒子性。由于,X,射线具有波长短光子能量大这个基本特性，所以，,X,射线光学,(,几何光学和物理光学,),虽然具有和普通光学一样的理论基础，但两者的性质却有很大的区别，,X,射线与物质相互作用时产生的效应和可见光迥然不同。,X,射线,X,射线与物质的相互作用,北京普析,X,射线分析仪器,两大类：,X,射线衍射仪,多晶：,XD2,、,XD3,、,XD6,单晶：无,X,射线荧光分析仪,能谱色散：,XRF7,、,XRF8,、,XRF9,波长色散：无,X,射线能谱仪产品系列,XRF9,XRF8,XRF7,便携能量色散,X,射线荧光分析仪,XRF9,能量色散,X,射线荧光分析仪,XRF8,全反射,X,射线荧光分析仪,XRF7,X,射线荧光激发原理,X,射线荧光激发原理,基本原理：,原,子在受到,X,射线源照射作用时某层轨道上飞行的电子如果被,X,射线束打中，该电子会向更低能级轨道发生跃迁，能级差造成的多余能量被释放出来，以电磁波的形式发出。而这一高频电磁波的频率同样在,X,波段上，因此它也是一种,X,射线，称,X-,荧光。,因为每种元素原子的电子能级是特征的，它受到激发时产生的,X-,荧光也是特征的。,探测器根据不同能量特征对所有收集的,X,荧光能量谱线进行甄别，并根据荧光强度大小进行定量，这就是能谱仪分析的主要理论依据。,X,射线能谱分析应用特点,样品前处理简单（固体、粉末、薄片）,适用分析的元素范围广（一般,Na,U,）,多元素同时分析，检出限,ppm,级,分析快速，几分钟完成测试,耗材、附件及周边设备简单,XRF9,结构,XRF9,原理框架,XRF9,台式,X,射线荧光能谱仪,先进的多光束可调节系统,高分辨率探测器,采用,XYZ,三维运动样品台,大型样品分析室,CCD,摄像及自动定位系统,自动调节双层六通道滤光系统,XRF9,配置规格,高压电源：,50kV/1mA,（,SPELLMAN,进口）,X,光管：,Ag,靶（国产，,Mo/W/Rh,可选）,滤光片：,6,通道自动调节,样品台：,120mm*120mm,三维运动控制,探测器：,Si-PIN,（,AMPTEK,进口）,信号处理系统：,PX-4,（,AMPTEK,进口）,数据处理系统：,XRF9,防护机柜：连锁防护,XRF9,技术指标,项目,指标,稳定性,3,重复性,5,激发功率,50W,探测器分辨率,149eV,X,射线辐射剂量,1Sv/h,代表元素检出限（,ppm,，塑料基体）,Cr,：,5,、,Br,：,2.5,、,Cd,：,4,、,Hg,：,4,、,Pb,：,5,代表元素检出限（,ppm,，铝基体）,Cr,：,8,、,Mn,：,3.5,、,Sr,：,3,、,Sn,：,6,、,Pb,：,4,主机重量,45kg,输入条件,AC 220V/5A,，,040,，湿度,80%,XRF9,功能指标,测量时间：,60,300s,测量对象：块状固体、固体粉末、液体,元素分析范围：,Al,U,同时分析元素数量：,30,含量分析范围1ppm99%,样品三维运动控制精度：,1mm,样品监视镜头数量：,3,（俯视、侧视、放大）,样品台尺寸：,400(L)100(W)100(H)mm,XRF9,软件,样品运动控制,能谱获取系统,图谱处理系统,定性,能量及强度校准,定量方法建立（灵敏度、标准曲线）,输出文件版面格式设计,XRF9,软件,XRF9,软件,XRF9,安全设计,样品室与照射工作舱独立,样品室开关操作具备感应触点,射线光闸连锁控制,指示灯提示,XRF9,样品前处理,样品形态,处理,前处理装置,粉状试样,不处理（装入容器中）,压力机加压成型,熔化、玻璃珠化,-,模块压机,玻璃珠试样制作装置,液体样品,滤纸取样干燥,干燥装置,块状样品,不处理（平坦处放置测定部位）,-,有机体样品,表面研磨、切削,硝化处理,研磨机,硝化装置,XRF9,应用领域,塑料外壳、电路板等聚合物中,Br,、,Cl,、,Pb,、,Hg,、,Cd,测定,陶瓷、焊锡等其他样品的,Cd,、,Pb,、,Hg,、,Br,、,Cr,的测定,矿石、金属冶炼、铜阳极、铸铁、金银首饰、宝石鉴定,石油元素检测、各种催化剂、陶瓷材料,血液、体液、毛发、药品等微量元素分析,工业排放污水、土壤中重金属测量,水泥、钢材元素分析,XRF7,便携,X,射线能谱仪,X,射线能谱仪器的构成（小型便携）,XRF7,便携,X,射线能谱仪,X,射线能谱仪器的构成（小型便携）,XRF7,技术指标,元素分析范围：铝,(Al),铀,(U),元素含量分析范围：,1 ppm-99.99%,测量时间：,300,秒,整机功率：,40W,重量：,1.7kg,测量对象：块状固体、液体、固体粉末,X,射线辐射剂量,1Sv/h,重复性：,RSD4,XRF7,应用领域,RoHS,指令电子信息产品有害物质检测,环境保护行业（自来水、污水污泥等）,农业（土壤中元素的快速测定）,地矿、冶金,合金回收,考古以及材料行业,轻工、食品,XRF8,全反射,X,射线荧光能谱仪,全反射,X,射线能谱,仪器的特点与传统,X,射线能谱仪的区别,全反射,X,射线能谱,全反射,X,射线能谱分析图谱示意,全反射,X,射线能谱,全反射,X,射线能谱分析图谱示意,全反射,X,射线能谱,技术指标,多元素同时分析,从,11,号元素,Na,到,92,号元素,U,，一次同时分析近,30,种元素；,检出限低,最低绝对检出限：,ng,pg,级（,10,9,10,11,g,）；,最低相对检出限：,ppb,级；,样品用量少,可对固体、粉末、液体、悬浮物、过滤物、大气飘尘、薄膜样品等进行定性、定量分析，样品用量,L,、,g,级；,测量时间短,30,秒,600,秒,前处理简单，直接测量,粉末样品、悬浮液样品等有平面的样品都可直接进行分析；,使用功率小于,0.5kW,，安全可靠。,全反射,X,射线能谱,分析应用的特点粉末样品制备与测试,混合均匀的粉末样品（悬浮质、土壤、矿物、金属、色素、生化样品，等等），可以把样品直接放在样品架上直接测量。典型的方法是，使用小勺或无尘纸转移几微克（,g,）的样品到样品架上。单个的微量样品（颗粒，长条等）也可以用类似的方法直接制样。,粉末样品也可以使用挥发性溶剂如丙酮或甲醇制成悬浮液，悬浮液用移液管转移到样品架上，还可以使用微波消解的办法。,全反射,X,射线能谱,分析应用的特点粉末样品测试示意,全反射,X,射线能谱,分析应用的特点液体样品制备与测试,悬浮液样品可以沉积在样品托上，对于溶液或高纯液体，用加内标元素可进行定量测量，测定限可达,ng/g,量级或者更低。液体样品必须制备在能全反射,X,射线的样品架上。样品架的直径约,30mm,，材料通常是石英玻璃或碳玻璃。使用微量移液管转移几微升（,l,）试液到样品架上，然后在干燥器里蒸发或在烘箱中干燥。如果是由不规则固体样品转换制备的液体样品，前处理过程必须确保样品的代表性以保证结果准确。,全反射,X,射线能谱,分析应用的特点,样品量示意全反射能谱与普通,X,射线能谱仪,X,射线衍射仪,晶体：原子在三维空间中长程有,。,序排列,晶胞：重复排列的最小单元称晶胞,晶胞参数：三个轴长,a,b,c,。,A,三个轴的夹角,按排列规律可分为,7,种晶系，,14,种,。,点阵，,230,种空间群,大部分种类的物质是晶体,。,晶体知识,简单立方 体心立方 面心立方,a=b=c,=90,简单四方（正方）体心四方（正方）,a=b,c,=90,简单正交 体心正交 底心正交 面心正交,a,b,c,=90,简单单斜 底心单斜,a,b,c,=90,三斜,a,b,c,90,六方,a=b,c,，,=90,，,=120,三方,(,菱形,),a=b,c,，,90,=120,7,种晶系，,14,种点阵，晶胞参数,(,边长,a,b,c,夹角,),入射,X,射线，波长,衍射,X,射线,衍射角,晶体点阵,晶面间距,=,d,hkl,当,X,射线照射到晶体上时，每个原子都散射,X,射线：相干散射和不相干散射,如左图：产生衍射的条件是两层的光程差是波长的整数倍,2d,hkl,sin,n,布拉格公式,晶体有不同的晶面，不同的晶面有不同的晶面间距，如左图的,d1,，,d2,，,d3,，各自的衍射角不同，各自的衍射强度也不同。,实际晶体是三维的点阵排列，衍射也是在三维空间产生。,d,1,d,2,d,3,h k l,晶面,X,射线衍射原理,方法实质：,X,射线与物质作用产生衍射现象,衍射分析三要素：,峰位、峰强、峰形,不同物质的晶体结构不同，衍射图谱也不同：衍射线的分布，各衍射线的角度，各衍射线的相对强度比不同,X,射线衍射仪的应用,粉末,X,射线衍射仪应用范围遍及广泛的部门和领域。在材料科学、物理学、化学、,石油化工催化剂、地质、矿物、冶金、钢铁、陶瓷、建材、电子、土壤、环保、药物、医学，,以至考古、刑侦、商检等众多学科、相关的工业、行业中都有重要的应用，是理工科院校和涉及材料研究、生产的研究部门、厂矿实验室的重要的、不可缺少的大型分析设备。,粉末,X,射线衍射仪为固,态,物质分析鉴定工作不可缺少的基本分析仪器。,X,射线衍射仪的应用,粉末衍射仪的重要应用：,物相分析,（物相鉴定和定量分析，结晶度分析）,晶体结构分析,或精修,（,Rietveld,分析）,晶体结构参数的测定,(,相界的测定,、,分子筛,SiO2/Al2O3,比的测定,、宏观应力,的测定,.,等等。,),晶粒尺寸,、微观应力,的测定,织构分析,（晶粒取向分析）,薄膜分析,（薄膜物相组成,薄膜反射率测定,.,）,物相定性分析,NiO 47-1049,Si 27-1402,Fe,2,O,3,33-0664,20,100,测定所需鉴定的样品，得到它的衍射峰的位置和强度。与标准数据库对比。和数据库中的哪种或哪几种物质的数据相符，即确定样品为那种物质或那几种物质所组成。与比对指纹确认人同一原理,2,物相定量分析,原则,：在一定的入射光强度和衍射几何参数下，一个物相的各个衍射线的强度是一定的、可以计算的。各物相的含量固定时，各物相的衍射线的强度比是固定的。测量各物相的衍射线的强度比，求出各物相的百分含量。,例,3,：物相定量分析（,K,值外标法）,K,值定量具体方法（举例说明）：,设混合物中含有,1,号和,2,号两种物相，测得它们峰强度为,I1,和,I2,，查标准卡片库可知他们的,K,值（,K,I/I,Al2O3,）分别为,K1,和,K2,，那么,1,号百分含量,2,号百分含量,存在多种物相则依次类推,物相定量分析,已结晶部分占整体的质量（,Wc,）或体积（,c,）,百分数,Ic Ic,：结晶部分的衍射积分强度,Wc,x=,Ic+KxIa Ia,：非晶体部分的散射强度,Kx,：校正系数,测量谱,分解为,结晶,部分和,非晶,态,部分,结晶度分析,【,注：晶胞参数的计算按照公式：,a,5.0509/sin,（,10,10,米,）,硅铝比的计算按照公式：,SiO,2,/Al,2,O,3,（,0.00868,192/,（,a-24.191,）,-1,）,2】,点阵参数分析,测定次序,测得,2,册,测得,2,校,a,533,（,10,-10,米）,硅铝比,1,23.612,23.609,24.690,4.680,2,23.620,23.617,24.681,4.802,3,23.617,23.614,24.684,4.761,4,23.615,23.612,24.686,4.734,5,23.614,23.611,24.688,4.706,6,23.614,23.611,24.688,4.706,7,23.619,23.616,24.682,4.788,8,23.618,23615,24.683,4.775,9,23.619,23.616,24.682,4.788,10,23.620,23.617,24.681,4.802,11,23.613,23.610,24.689,4.693,平均值,23.616,23.613,24.685,4.749,标准偏差,0.003,0.003,0.003,0.046,相对标准偏差,0.01%,0.01%,0.01%,0.97,以测定,NaY,分子筛硅铝比为例,2,此衍射线宽化,晶粒细化。也存在微观应力、缺陷,微观应力逐步消除，再结晶，晶粒逐步长大,晶粒大小分析,样品实测线形,仪器线形,样品物理线形,98,103.5,实际测试求解例：实验法仪器线形 晶粒大小：,207,埃,实际测得的样品衍射线形 仪器线形 样品物理线形,用傅立叶变化求解。实际最大能用到,1000,埃左右,晶粒大小分析,例：薄膜分析（利用平行光薄膜附件）,薄膜分析,样品能前倾从垂直到前倾,75,度,样品需要在自身平面内自,360,度旋转,每变换一个前倾角度，样品自转,360,度,为克服晶粒度过大问题，样品可以作在自身平面内作复平移运动,织构分析,再结晶低炭钢板的,110,极图,横向,轧向,等高线边的数字表示强度,织构分析,X,射线衍射仪的应用,举例,表面宏观残余应力分析（,倾斜法或者,K,轴倾斜法），下面是一种钢铁样品用,倾斜法测定其表面宏观残余应力，测定结果为,-2213MPa,，为压应力,X,射线衍射仪的应用举例,高聚物的衍射图,X,射线衍射仪的应用举例,XD,系列衍射仪小角测试实验报告,XD3,测试结果 岛津测试结果,X,射线衍射仪的应用举例,在药物方面应用：,蒙脱石散晶型鉴定,X,射线衍射仪的应用举例,那格列奈 晶型鉴定,X,射线发生器,测角仪,X,射线强度测量系统,衍射仪控制与衍射数据采集分析系统,XRD,构成,普析通用三种型号衍射仪,XD2,：立式测角仪,-2XD3,：,立式测角仪,-,结构,普析通用三种型号衍射仪,XD6,：立式测角仪,-,结构扫描半径可调,结构先进精度高,立式,测角仪：利于操作者放置和更换样品，是国内唯一有成熟产品的厂家,重现性达到,0.0006,测量重复性,0.001,最小步进角度,0.0005,超强的低角度扫描功能：常规扫描角度可以从,0.5,开始,安全可靠,配有完善的冷却、电气、温度等系列报警与保护装置,完善的窗口连锁与机柜门连锁机构,上半部机柜内有铅皮夹层防护，正面大面积铅玻璃,整机通过了北京市卫生局的防辐射检测，结果为最大,0.2,Sv/h,（国标规定小于,2.5Gy/h,，在正常密度空气中，,1Sv1Gy,）,重视安全机构设计,机柜设计与测角仪光闸采用了连锁机构，未到指定位置,X,射线无法开启，严防,X,射线泄漏。经实际检测，散射,X,射线剂量,0.2Sv/h,，且未未扣除天然本底，扣除会更小。（有卫生部门实测数据）,产品成熟、性能稳定,XD2/3,推出至今,7,年有余，技术成熟，用户近百家。,经用户长期使用（,8,个月），,-,石英,101,衍射角标准偏差优于,0.0015,，优于国家,JJG629-1989,检定,A,级标准。,多种资质认证,教育部科技成果鉴定,教,SSW2002,第,003,号,多种资质认证,放射工作许可认证,京卫放证字,2005,第,C742,号,应用支持强大,北大、清华的专家教授做为应用技术顾问,公司提供专业应用技术人员的应用支持和专业使用培训,我们的专业分析网站和论坛：微构分析实验室（,）,ICDD,机构成员，中国唯一衍射仪生产厂家成员,附件齐全,样品片,类型：玻璃或铝基体,通孔型样品片,盲孔型样品片,微量型样品片,冷却循环水装置,型号：,CW-2F,由于,X,光管工作时,99%,以上的能量以热量的形式释放，所以必须对,X,光管通冷却循环水，冷却受击靶面，保证,X,光管的正常使用。,左图示为室内机，室外机为,2P,空调室外机。,石墨弯晶单色器,晶体类型：石墨,反射效率：,28%,减低本底，提高信噪比,消除连续,X,射线谱、荧光,X,射线,及,K,特征,X,射线,压样器,功能：,代替手工压样，减小制样误差,多功能测量附件,功能：,评价材料的织构；,残余应力的测试；,薄膜测试。,薄膜附件,衍射仪上加装一掠射附件,（,0.4,平行光狭缝）,膜及多层膜的物相分析,入射光束以较低掠射角入射，可使薄膜衍射,强度,增大，,而本底反射最小。,如果对普析,X,射线荧光分析仪或衍射仪感兴趣，希望了解更多信息，请访问：,普析通用网页：,微构分析实验室网页：,谢 谢！,北京普析通用仪器有限责任公司,