XRF

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XRF:X射線螢光光譜分析(X Ray Fluorescence)人們通常把X射線照射在物質上而產生的次級X射線叫X射線螢光(X—Ray Fluorescence),而把用來照射的X射線叫原級X射線。所以X射線螢光仍是X射線。一台典型的X射線螢光(XRF)儀器由激發源(X射線管)和探測系統構成。X射線管產生入射X射線(一次X射線),激發被測樣品。受激發的樣品中的每一種元素會放射出二次X射線,並且不同的元素所放射出的二次X射線具有特定的能量特性或波長特性。探測系統測量這些放射出來的二次X射線的能量及數量。然後,儀器軟體將探測系統所收集到的信息轉換成樣品中各種元素的種類及含量。X射線照在物質上而產生的次級 X射線被稱為X射線螢光。利用X射線螢光原理,理論上可以測量元素周期表中鈹以後的每一種元素。在實際套用中,有效的元素測量範圍為9號元素 (F)到92號元素(U)。

X射線螢光的物理原理

X射線是電磁波譜中的某特定波長範圍內的電磁波,其特性通常用能量(單位:千 電子伏特,keV)和波長(單位:nm)描述。

X射線螢光是原子內產生變化所致的現象。一個穩定的原子結構由原子核及核外電子組成。其核外電子都以各自特有的能量在各自的固定軌道上運行,內層電子(如K層)在足夠能量的X射線照射下脫離原子的束縛,釋放出來,電子的逐放會導致該電子殼層出現相應當電子空位。這時處於高能量電子殼層的電子(如:L層)會躍遷到該低能量電子殼層來填補相應當電子空位。由於不同電子殼層之間存在著能量差距,這些能量上的差以二次X射線的形式釋放出來,不同的元素所釋放出來的二次X射線具有特定的能量特性。這一個過程就是我們所說的X射線螢光(XRF)。

X射線的波長

元素的原子受到高能輻射激發而引起內層電子的躍遷,同時發射出具有一定特殊性波長的X射線,根據 莫斯萊定律,螢光X射線的波長λ與元素的原子序數Z有關,其數學關係如下:

λ=K(Z− s) −2

式中K和S是常數。

X射線的能量

而根據量子理論,X射線可以看成由一種量子或光子組成的粒子流,每個光具有的能量為:

E=hν=h C/λ

式中,E為X射線光子的能量,單位為keV;h為 普朗克常數;ν為光波的頻率;C為光速。

因此,只要測出螢光X射線的波長或者能量,就可以知道元素的種類,這就是螢光X射線定性分析的基礎。此外,螢光X射線的強度與相應元素的含量有一定的關係,據此,可以進行元素定量分析。

分類

波長色散型波長色散型

不同元素髮出的特徵X射線能量和波長各不相同,因此通過對X射線的能量或者波長的測量即可知道它是何種元素髮出的,進行元素的定性分析。同時樣品受激發後發射某一元素的特徵X射

線強度跟這元素在樣品中的含量有關,因此測出它的強度就能進行元素的定量分析。

因此,X射線螢光光譜儀有兩種基本類型:

波長色散型(WD-XRF)和能量色散型(ED-XRF)

如下圖:

比較

優點

a) 分析速度高。測定用時與測定精密度有關,但一般都很短,2~5分鐘就可以測完樣品中的全部待測元素。

b) X射線螢光光譜跟樣品的化學結合狀態無關,而且跟固體、粉末、液體及晶質、非晶質等物質的狀態也基本上沒有關係。(氣體密封在容器內也可分析)但是在高解析度的精密測定中卻可看到有波長變化等現象。特別是在超軟X射線範圍內,這種效應更為顯著。波長變化用於化學位的測定 。

c) 非破壞分析。在測定中不會引起化學狀態的改變,也不會出現試樣飛散現象。同一試樣可反覆多次測量,結果重現性好。

d) X射線螢光分析是一種物理分析方法,所以對在化學性質上屬同一族的元素也能進行分析。

e) 分析精密度高。

f) 制樣簡單,固體、粉末、液體樣品等都可以進行分析。

缺點

a)難於作絕對分析,故定量分析需要標樣。

b)對輕元素的靈敏度要低一些。

c)容易受相互元素干擾和疊加峰影響。

分析

a) X射線用於元素分析,是一種新的分析技術,但在經過二十多年的探索以後,現在已完全成熟,已成為一種廣泛套用於冶金、地質、有色、建材、商檢、環保、衛生等各個領域。

b) 每個元素的特徵X射線的強度除與激發源的能量和強度有關外,還與這種元素在樣品中的含量有關。

c) 根據各元素的特徵X射線的強度,也可以獲得各元素的含量信息。這就是X射線螢光分析的基本原理。

XRF分析儀的主要環境套用

過去,對環境的評估只能依賴於在實驗室對從現場採集並運送到實驗室的樣件所做的分析,這種方法既浪費金錢又耗用時間。如今有了攜帶型XRF分析儀,檢測人員可以在現場直接對環境進行評估。DELTA手持式XRF分析儀可進行經濟、有效、及時的實時數據分析,並快速得出全面的調查結論,從而決定所要採取的下一步措施。

一、開發中國家危險的高含量有毒金屬

在開發中國家的居民區和娛樂區可能會發現危險的高含量鉛、砷、汞、鉻、鎘及其它有毒金屬。在這些國家和地區,這些金屬的危險性可能還不為當地人所知,或者還沒有施行有關限制這些金屬的法律法規。手持式X射線螢光分析儀可快速判斷是否存在這些污染物並辨別其含量,從而可使世界衛生倡導組織依據檢測結果出台糾正措施,以幫助開發中國家利用當地資源,通過安全的工作實提高人們的生活水平,並使這些國家和地區得到持續的發展。

二、城市周邊地區的農業及農藝學 隨著世界人口的增長,食物來源的安全性也變得越來越重要。隨著人們對食物安全性的要求不斷提高,城市周邊的農業發展也越來越受到歡迎。但是,在工業區和其它城市設施附近發展農業會增加農作物受到有害物質侵害的危險,因為種植莊稼的土壤及用於灌溉的水源可能會有高含量的砷、汞、鎘、鉻、鉛等污染物質。DELTA手持式XRF分析儀不僅可以快速探測出這些有毒金屬,還可以確定諸如鈣、鎂、磷、鉀等營養物質和肥料的存在。由於DELTAXPLORER GPS-XRF可以在田地里對土壤進行高密度分析,而且可以在現場得到結果並進行空間模式化,因而這款分析儀已經成為發展精耕細作式農業的理想工具。

三、危險的廢料篩檢和可持續產業

目前,大多數行業都面臨著必須實施可持續發展計畫的壓力。這個計畫有助於降低各個行業在製造和包裝產品的過程中對周邊環境和人們的健康造成的有害影響。各種工業、工程公司及監管機構都可在生產現場使用手持式XRF系統進行檢測,以確保快速識別出任何重金屬污染物質,並採取有效的補救措施。

四、社區與居住區域的發展

DELTA可以在瞬間辨別出土壤中重金屬極低的百萬分率含量,在開發或整修學校、社區中心、住宅、遊樂場及運動場以前,這款分析儀是有助於保障環境安全的重要工具。如果要在以前是垃圾填埋場、工業場址、果園、飼養場、閒置的污染土地以及其它會發現高含量有毒金屬的地區開發房地產,DELTA分析儀無疑是一件必不可少的工具。此外,在對建築物及舊房屋進行翻修、重建、恢復及塗漆的過程中,DELTA可以迅速探測出土壤和塵埃、建築物表面、含鉛顏料中的鉛(Pb)元素,從而有助於減少在分析工程是否符合環境管理規定的過程中所耗用的資金和時間。

擴展名

.XRF是protel 中的一種元件列表檔案的擴展名。

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