X射线荧光分析仪的应用
X-Ray Flucrescence Spectrometer
武汉理工大学材料学院 张海梁
一、XRF原理和结构
1、XRF基本原理
荧光，顾名思义就是在光的照射下发出的光。X射线荧光就是待分析样品在X射线照射下发出的次级X射线，它包含了待分析样品化学组成的信息，通过对上述X射线荧光的分析确定待测样品中各组份含量的仪器就是X射线荧光分析仪。
系，测定待测元素特征X射线谱线的波长和强度就可以进行定性和定量分析。
（1）定性分析
基本公式： 1Z2
n2d sin
n1Z22dsin
（2）定量分析
基本公式：
xiKiIiii
式中：xi--------待测样中i元素浓度；
Ki--------仪器校正因子；
Ii---------待测样的荧光光谱中i元素光谱强度；
i----------i元素的吸收增强效应校正；
i---------与样品的物理形态有关，如试样的均匀性、厚度、表面结构等。
X射线荧光光谱分析根据有无标样可分为：无标样定量分析、有标样定量分析。无标样定量分析软件有：SemIQ、ASQ、SSQ。
X射线荧光光谱分析根据基体校正的角度可分为：理论影响系数法、经验系数法、实验校正法、以及理论影响系数法和实验校正法相结合的方法。
2、XRF基本结构
现代
X射线发生器（X射线管、高压电源及稳定稳流装置）、分光检测系统（分析晶体、准直器与检测器）、记数记录系统（脉冲辐射分析器、定标计、计时器、积分器、记录器）。
3、XRF的功能和优点
功能：
可以进行固体、粉末、薄膜、液体样品及不规则样品的无标样元素的定性定量分析。主要用于金属、无机非金属等材料中化学元素的成分分析，范围从Be~
优点：
1）分析的元素范围广，可分析（Be~492492U。 U）之间所有元素，也可进行全分析；
2）荧光X射线谱线简单，相互干扰少，样品不必分离；分析方法比较简便，具有重现性好，测量速度快，灵敏度高，便于自动化的特点；
3）分析浓度范围较宽，从常量到微量都可分析（含量可达10%~100%）。重元素的检测限可达ppm量级，轻元素稍差； 4）样品可以是固体、粉末、熔融片，液体等，分析对象适用于炼钢、有色金属、水泥、陶瓷、石油、玻璃等行业样品。测量样品的最大尺寸要求为直径51mm，高40mm。
5）非破坏分析； 6）主量组分的分析精度可与传统的湿化学分析相媲美，且可进行盲样分析；无标半定量方法可以对各种形状样品定性分析，并能给出半定量结果，结果准确度对某些样品可以接近定量水平，分析时间短。
7）可对薄膜和镀层进行组分和厚度的分析；
8）可进行化学态研究。
应用：
是成分分析的最通用技术之一，广泛应用于冶金、矿山、地质、建材、科研、考古、刑4
侦等各行各业。
4、XRF的分类
根据分光方式的不同，X射线荧光分析可分为能量色散和波长色散两类，也就是通常所说的能谱仪和波谱仪，缩写为EDXRF和WDXRF。 通过测定荧光X射线的能量实现对被测样品的分析的方式称之为能量色散X射线荧光分析，相应的仪器称之为能谱仪；通过测定荧光X射线的波长实现对被测样品分析的方式称之为波长色散X射线荧光分析，相应的仪器称之为X射线荧光光谱仪。
根据激发方式的不同，X射线荧光分析仪可分为源激发和管激发两种：用放射性同位素源发出的X射线作为原级X射线的X荧光分析仪称为源激发仪器；用X射线发生器（又称X光管）产生原级X射线的X荧光分析仪称为管激发仪器。
就能量色散型仪器而言，根据选用探测器的不同，X射线荧光分析仪可分为半导体探测器和正比计数管两种主要类型。
根据分析能力的大小还可分为多元素分析仪器和个别元素分析仪器。这种称 呼多用于能量色散型仪器。
在波长色散型仪器中，根据可同时分析元素的多少可分为，单道扫描X荧光光谱仪、小型多道X荧光光谱仪和大型X荧光光谱仪。
（1）能量色散X射线荧光光谱（EDXRF）
能量色散光谱仪主要部件包括激发源、探测器、相关电子与控制部件。
EDXRF采用能量探测器，通过测定由探测器收集到的电荷量，直接获得被测元素发出的特征射线能量：
Q=kE
式中，E-------入射射线的光子能量；
Q--------探测器产生的相应电荷量；
K--------为不同类型能量探测器的响应参数。
电荷量与入射射线能量成正比，故通过测定电荷量可得到待测元素的特征信息。
能量色散X射线荧光光谱采用脉冲高度分析器将不同能量的脉冲分开并测量。EDXRF可分为具有高分辨率的光谱仪，分辨率较低的便携式光谱仪，和介于两者之间的台式光谱仪。高分辨率光谱仪通常采用液氮冷却的半导体探测器，如Si(Li)和高纯锗探测器等。低分辨便携式光谱仪常常采用正比计数器或闪烁计数器为探测器，它们不需要液氮冷却。近年来，采用电致冷的半导体探测器，高分辨率谱仪已不用液氮冷却。同步辐射光激发X射线荧光光谱、质子激发X射线荧光光谱、放射性同位素激发X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱、微区X射线荧光光谱等较多采用的是能量色散方式。
（2）波长色散X射线荧光光谱仪(WDXRF)
波长色散光谱仪主要部件包括激发源、分光晶体和测角仪、探测器等。
WDXRF使用分析晶体分辨待测元素的分析谱线，根据Bragg定律，通过测定角度，即可获得待测元素的谱线波长：
nλ=2dsinaθ （n=1,2,3…）
式中 ，λ-------分析谱线波长；
d-------晶体的晶格间距；
θ-------衍射角；
N------衍射级次。
利用测角仪可以测得分析谱线的衍射角，利用上式可以计算相应被分析元素的波长，从而获得待测元素的特征信息。
三、附属仪器及其操作
（1）AE100电子天平
（2）ZM-1振动磨
（3）YYJ-40压样机
1）合上电闸，压片机进入通电状态；
2）左旋“Power”旋钮。“线路有电”的红灯亮。
3）调节“活塞下降”“启动”按钮，使其装样位置合适；
4）放入模具装填样品5g及镶边；
5）用压杆将模具压紧；
6）设定所需压力及保压时间；
7）按“启动”自动加压保压；
8）按“停止”，并推出横梁；
9）按“启动”和“停止”模具自动顶出；
10）卸下样品，用无水乙醇清理模具；
11）左旋“Power”键，拉下电闸。
（4）DY-501型电热熔融设备
1）打开电源，温控面板电源开关的红灯亮，设备初始化；
2）输任意键进入“操作选择”；
3）移动光标进入“设定参数”栏，设定所需各类参数，并“确定”；
4）进入预设程序，并按“开始加热”键，仪器蜂鸣器叫并出现提示；
5）轻轻拉出抽拉板至底部，熔炉开始加热；
6）到达预氧化温度时，蜂鸣器叫并出现提示，加入预先混匀样品的坩埚至坩埚架内，并将坩埚碟放在抽拉板上，并“确定”；
7）熔融炉自动进行预氧化和，升温至熔融温度按“启/止”键，并推入抽拉板。熔融炉自动完成“熔融”“摇摆”“静止”状态；
8）“静止”完成后，蜂鸣器鸣叫，打开炉门迅速将熔融物倒入碟内，并拉出抽拉板至底部，液晶屏自动显示进入“冷却”状态；
9）坩埚碟冷却后，移走。关闭电源，推入抽拉板。
（5）Axios-Advanced X射线荧光光谱仪
开机时
1）打开压缩气体电源，检查其压力在0.45MPa（0.4~0.5MPa）；
2）打开冷却水和真空泵的出口，内循环水流量4.0L/min（3~3.5L/min）；
3）打开P10气体主阀门，压力表压力为2~18MPa，慢慢打开减压阀，设定输出压力为0.08MPa；
4）接通主电源，光谱仪处于待机状态；
5）按下光谱仪控制面板上的“power”键，光谱仪转为通电状态；
6）打开计算机，启动SuperQ软件；
7）把光谱仪控制面板上的钥匙开关顺时针旋转90°，接通HT（高压）；
8）运行SystemSet-up进入Spectrometer Status screen，检查P10流量（1.0L/h左右），真空度（小于100Pa），气体压力（80000Pa左右），内循环水压（4.0L/min左右）。 关机时
9）交替降低电流电压为50kV/20mA；
10）关高压发生器（逆时针旋转高压发生器的钥匙），关主机开关；
11）关水冷机电源，关稳压电源，关计算机。
四、制样
X射线荧光分析仪的样品类型有：粉末压片法、熔融法、固体试样法、薄试样法。
测试处理结果：