激发源
• 滤光片的作用
- 消除光管特征线的干扰 - 微量分析时可提高峰/背比，获得较低的 LLD
- 减弱初级光束强度
- 抑制管光谱中的杂质谱
激发源
•滤光片的选择
样品
• 被X射线管产生的初级X射线辐照，发射特征X射线（荧光 X射线） • 特征X射线的强度与样品中元素的浓度成比例 • 特征X射线的波长反映了原子的特征，是X荧光定性分析 的依据（莫赛来定律）
•
•
探测

探测效率
1.2
Relative Sensitivity
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
Scint Duplex Flow
Ca Sc
Ti
V
Cr Mn Fe
Co
Ni
Cu
Zn
探测
• Axios cement配置
- Flow探测器适用于BeKα 到 NiKα 的测量 - Scint探测器适用于NiKα 到 BaKα 的测量
• 波长色散+能量色散型
XRF光谱仪类型
X射线荧光光谱仪按照射方式不同可分为两类 • 上照射式
典型的如帕纳科Cubix XRF
• 下照射式
典型的如帕纳科AxiosmAX
波长色散与能量色散的区别

波长色散使用晶体分光，而能量色散则不使用 波长色散测量峰高，而能量色散测量的是峰面积 波长色散可测量的元素范围从Be-U,而能量色散只能测量 Na-U之间的元素 能量色散对轻元素和重元素的分辨率不如波长色散，对 中等元素分辨率相当 波长色散通常使用大功率X光管，而能量色散则使用小功 率X光管
amplifier and multi-channel analyser Detector Secondary target
channel counts
energy (KeV)
X-ray tube
Sample
X光管产生的初级X射线先打在一个二次靶上，二次靶产生的荧光X射线
或散射X射线再照射在样品上，这种仪器的优点是可以实现选择性激发。
探测
• 探测器（2θ ）与分光晶体（θ ）以2：1的速度旋转 • 探测器与分光晶体独立驱动 • 扫描角度： Flow&sealed 探测器 13°<2θ °<148° SC 探测器 0°<2θ °<104°
探测

流气探测器
＋HV(1700V)
前置放大器
探测

封闭探测器
探测

闪烁探测器
探测
• 复合探测器
色散
• Axios cement配置3块分光晶体
- LiF200测量K-U之间的所有元素 - PE002测量Al- Cl之间的元素
- PX1测量O-Mg之间的元素
探测
• • 探测器工作原理: 以X射线的粒子性为基础把X射线光子转换成可 测量的电压脉冲 。 闪烁计数器： 探测重元素和短波辐射 8 - 32keV NiKα 到 BaKα 流气正比计数器： 适用于轻元素和长波辐射的探测 0.1 - 8 keV BeKα 到 NiKα 封闭正比计数器: 中等原子序数元素和中波长辐射的探测 4 - 9keV VKα 到 ZnKα 或CeL 到 WLα （有寿命）
激发源
• X射线管 - 激发源—激发样品原子，产生荧光X射线 - 波长色散X射线光谱仪需要有效的大激发功率，以很好 的进行测定；X射线管的稳定性和可靠性是非常重要的。 - 在灯丝(阴极)和靶阳极之间施加几千伏的电压，作为对 电子的加速电压。此电压常以千伏度量。阳极通常是铜， 而靶表面敷以高纯度的诸如Rh、Ag、Cr、Mo、W之类 元素的镀层。 - 用于波长色散X射线光谱测定的X射线管通常工作在14kW。此功率的大部分转化为热能，因此水冷却是必须 的。
XRF光谱仪类型
X射线荧光光谱仪按色散方式不同可分为两类： • 能量色散X射线荧光光谱仪：
利用半导体探测器和能量多道分析器对光谱直接进行分辨的仪器。
• 波长色散X射线荧光光谱仪：
利用晶体作为色散元件，对光谱进行分辨的仪器。
XRF光谱仪的类型ห้องสมุดไป่ตู้
扫描型
• 波长色散型
固定道型 组合型（扫描型+固定道）
• 能量色散型: 直接激发、二次靶激发
波长色散X射线光谱仪
Braggs Law : n=2dsin 布喇格方程
利用晶体的衍射特性区分不同元素发射的特征X射线。值得注意的是晶体 在空间顺序产生色散，而光栅在空间同时产生色散
波长色散X射线荧光仪结构及测量过程
波长色散X 射线荧光仪结构及测量过程
• 激 发 源 : 通常利用X射线管做激发源，产生初级X射线 • 样 品 : 被X 射线管产生的初级X射线辐照（激发），发射特征 X射线 • 色散系统 : 利用晶体的衍射原理，将样品组成元素发射的不同 波长的荧光 X 射线色散成波长单一的荧光X射线； • 探测系统 : 单色化的荧光X射线经探测器光电转换,由光信号转 变成电压脉冲信号； • 计数系统 : 用计算机能量多道分析器对脉冲信号进行计数； • 数据处理系统: 将X射线的强度转换为元素的浓度。


帕纳科能量色散X射线荧光光谱仪
Minipal4 Epsilon 5 Epsilon3
帕纳科波长色散X射线荧光光谱仪
典型的波长色散X射线光谱仪（顺序式）
Axios
AxiosmAX
帕纳科波长色散X射线荧光光谱仪
Cubix XRF Axiosfast
Venus200
能量色散X射线荧光光谱仪（直接激发）
样品
• 特征X射线的产生 - 利用初级X射线辐照样品； - 产生原子内壳层电子空位； - 原子跃迁发射X射线； 具有壳层电子空位的原子处于激发态，电子将重新排列， 外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层的电子空位，同时 释放出跃迁能量，使原子回到基态。这跃迁能量以特征X射 线形式释放出来，或者能量转移给另一个轨道电子，使该 电子发射出来，即俄歇电子发射。
- 在Axios中封闭探测器通常不单独使用，而是与流 气探测器串联起来构成复合探测器。
- 将封闭探测器的入射窗串联在流气探测器的后窗。
- 复合探测器输出的计数率实际上是2个探测器的计 数率之和。
激发源

连续谱分布
1 I ( ) KiZ 1 2 min
激发源

Cr靶激发
激发源

Rh靶激发-重元素
激发源

Rh靶激发-轻元素
激发源

下照射式（分析面朝下）
激发源
• 在Axios上有7种规格滤光片可选： - Brass (100um - Brass (300um) - Brass (400um) - Al (200um) - Al (750um) - Pb (1000um) - Be (150um)
Axios cement内部结构图
Axios cement内部结构图
激发源
• 产生初级X射线，激发样品原子 • X射线发射器 - 为X射线管提供高压 - 固态发生器，不需要水冷 - 最大输出功率2.4kW - 输出电压：20kV-60kV，步长1kV - 输出电流：10mA-100mA, 步长1mA - 打盹设置(Doze): 50kV/40mA - 休眠设置(Sleep): 50kV/20mA
色散

布拉格衍射定律
Ray 1 Ray 1
Ray 2
布拉格衍射定律
Ray 2
n 2 x 2dSin
色散

分光晶体在测角仪中的位置
Specimen Primary collimator
Detector
Tube
θ
Secondary collimator 2θ CuKα θ = 22.5150° 2θ = 45.0300°
样品
•特征X射线的产生
样品
•K和L系特征X射线部分能级图
样品
• K系线 如果电子空位产生于K壳层，那么原子跃迁产生的谱线称 为K系线 • L系线 如果电子空位产生于L壳层，那么原子跃迁产生的谱线称 为系线 • 无论定性分析还是定量分析都只用到Kα ,Kβ ,Lα 和Lβ 四 条线
样品
• 样品分析向下（在X光管Be窗的上方) • 样品规格：高度Max40mm,直径 Max50mm • 样品不能超高，直径必须>样杯Mask
样品
• 样品传送系统 - 两位置转盘系统 - 标准配置为单进样，连续 装载为选购功能 - 空气中传送时间< 5秒 - 氮气中传送时间<15秒 - 真空中传送时间<10秒 - 氦气中传送时间<15秒
样品
• 样品传送系统包含下面的部件: - 控制电路SPC (SPECTRT-CNTR) PCB. - Cap - 转盘turret - 活塞plunger - 驱动Cap的汽缸 - 驱动plunger的汽缸 - 转盘电机M101 - 自旋电机M100
激发源
• X光管由阳极靶（Rh）、阴极灯丝、Be窗口（75um)、 真空腔室、陶瓷绝缘体、阳极靶HT电源接头、阴极灯 丝电源接头、阳极冷却水管、阴极冷却水管和光管日 志电路等组成。
激发源
• 端窗X射线管 • 阳极靶加正高压，阴极灯丝接地(接地电阻<0.5Ω ) • 阳极靶用去离子水冷却，灯丝用外循环水冷却 • 99%以上的能量都转化为热能，只有不到1%的能量转化 为辐射能
sample
channel counts
energy (KeV)
X-ray tube detector amplifier and multi-channel analyser
X光管产生的初级X射线直接照射在样品上，这种仪器的特点是光程
短，体积小，激发效率高。
能量色散X射线荧光光谱仪（二次靶激发）