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X射线荧光光谱仪:原理、应用与三大定律详解
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更新于2024-07-07
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X射线荧光光谱仪是一种用于分析材料中元素组成的重要工具,其工作原理基于X射线与原子的相互作用。当一束高能X射线照射到样品上,如果X射线的能量足够大,能够克服原子内电子的结合能,便会将其轨道电子逐出,使得原子进入激发状态。例如,K层电子被击出称为K激发,而L层电子的击出则形成L激发。这个过程导致原子处于不稳定状态,随后外层电子迅速填补空穴,释放能量,形成特定的X射线辐射,即X荧光。X荧光的能量仅与原子能级差有关,因此具有元素的特征,称为特征X射线。 教学课件中详细介绍了X射线荧光分析的基础理论,包括莫塞莱定律、布拉格定律和朗伯-比尔定律。莫塞莱定律揭示了元素X射线特征光谱的规律,指出光谱线频率的平方根与元素在周期表中的位置有线性关系,这对于元素的定性分析尤其重要,是可靠的定性分析手段。 布拉格定律涉及晶体衍射现象,对于波长色散型X射线荧光仪来说,它是分光原理的基础,确保不同元素的特征X射线可以根据其波长分离,简化谱线处理并降低仪器的检测限。 朗伯-比尔定律则解释了样品对X射线的吸收特性,涉及X射线穿过物质时能量衰减和方向变化的过程,这对于计算理论上的X射线荧光相对强度至关重要。 在实际应用中,X射线荧光光谱仪主要用于样品制备后进行元素含量的定性和定量分析,如地质矿物分析、考古学研究、材料科学、环境监测等领域。通过测量和解析不同元素产生的特征X射线,可以获取样品中元素的精确信息,是现代科学技术中不可或缺的分析工具。
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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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