X射线荧光光谱仪基本原理及应用(1).ppt

X-射线荧光光谱仪基本原理及应用
基础理论与知识
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仪器构造与原理
样品制备与分析
案 例 分 析
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当一束高能粒子与原子相互作用时，如果其能量大于或等于原子某一轨道电子的结合能，将该轨道电子逐出，对应的形成一个空穴，使原子处于激发状态。K层电子被击出称为K激发态，同样L层电子被击出称为L激发态。此后在很短时间内，由于激发态不稳定，外层电子向空穴跃迁使原子恢复到平衡态，以降低原子能级。当空穴产生在K层，不同外层的电子（L、M、N…层）向空穴跃迁时放出的能量各不相同，产生的一系列辐射统称为K系辐射。
基础理论与知识
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何为荧光X射线或X荧光？
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同样，当空穴产生在L层，所产生一系列辐射则统称为L系辐射。当较外层的电子跃迁（符合量子力学理论）至内层空穴所释放的能量以辐射的形式放出，便产生了X 荧光。X荧光的能量与入射的能量无关，它只等于原子两能级之间的能量差。由于能量差完全由该元素原子的壳层电子能级决定，故称之为该元素的特征X射线，也称荧光X射线或X荧光。
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1 基础理论与知识
莫塞莱定律
布拉格
定律
朗伯-比尔定律
利用X射线荧光进行元素定性、定量分析工作，需要以下三方面的理论基础知识：
三大定律
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定律1 莫塞莱定律
莫塞莱定律(Moseley's law)，是反映各元素X射线特征光谱规律的实验定律。1913 ，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。
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莫塞莱认识到这些X 射线特征光谱是由于内层电子的跃迁产生的，表明X射线的特征光谱与原子序数是一一对应的，使X荧光分析技术成为定性分析方法中最可靠的方法之一。
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定律2 布拉格定律
布拉格定律(Bragg's law)是反映晶体衍射基本关系的理论推导定律。1912年英国物理学家布拉格父子(. . Bragg)推导出了形式简单，能够说明晶体衍射基本关系的布拉格定律。此定律是波长色散型X荧光仪的分光原理，使不同元素不同波长的特征X荧光完全分开，使谱线处理工作变得非常简单，降低了仪器检出限。
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比尔-朗伯定律（Berr-Lambert's law）是反应样品吸收状况的定律，涉及到理论X射线荧光相对强度的计算问题。
当X射线穿过物质时，由于物质产生光电效应、康普顿效应及热效应等，X射线强度会衰减，表现为改变能量或者改变运动方向，从而使向入射X射线方向运动的相同能量X射线光子数目减少，这个过程称作吸收。
定律3 比尔-朗伯定律
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对于任意一种元素，其质量吸收系数随着波长的变化有着一定数量的突变，当波长（或者说能量）变化到一定值时，吸收的性质发生了明显变化，即发生突变，发生突变的波长称为吸收限（或称吸收边），在各个吸收限之间，质量吸收系数随波长的增大而增大。对于X射线荧光分析技术来说，原级射线传入样品的过程中要发生衰减，样品被激发后产生的荧光X射线在传出样品的过程中也要发生衰减，由于质量吸收系数的不同，使得元素强度并不是严格的与元素浓度成正比关系，而是存在一定程度的偏差。因而需要对此效应进行校正，才能准确的进行定量分析。
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2 仪器构造与原理
分类
用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长（或能量）分开，分别测量不同波长（或能量）的X射线的强度，以进行定性和定量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。
能量色散型
波长色散型
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