第八章X射線熒光光譜分析法課件.ppt
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1、X射線熒光光譜分析法射線熒光光譜分析法第一節(jié)第一節(jié) 基本原理和方法特點基本原理和方法特點第二節(jié)第二節(jié) X射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)及工作原理射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)及工作原理第三節(jié)第三節(jié) X射線熒光光譜分析的應(yīng)用射線熒光光譜分析的應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 基本原理和方法特點基本原理和方法特點一一 X射線熒光光譜分析法的基本原理射線熒光光譜分析法的基本原理 原子受高能射線激發(fā)發(fā)射出特征原子受高能射線激發(fā)發(fā)射出特征X射線射線光譜線,每一元素都有它自己本身的固定波光譜線,每一元素都有它自己本身的固定波長(或能量)的特征譜線,測定長(或能量)的特征譜線,測定X射線熒光射線熒光光譜線的波長(或能量),就可知道是何種光譜線的波
2、長(或能量),就可知道是何種元素,測定某一元素元素,測定某一元素分析譜線的強度分析譜線的強度并與標并與標準樣品的同一譜線強度對比或根據(jù)一些基本準樣品的同一譜線強度對比或根據(jù)一些基本參數(shù)的理論計算,即可知道該元素的含量。參數(shù)的理論計算,即可知道該元素的含量。在在X射線熒光光譜分析中,射線熒光光譜分析中,X射線的強射線的強度為單位時間內(nèi)探測器接收到的光子數(shù),單度為單位時間內(nèi)探測器接收到的光子數(shù),單位用位用cps或或kcps表示。表示。(一一)X X射射線線的的有有關(guān)關(guān)性性質(zhì)質(zhì),X射射線線能能量量與與波長的關(guān)系:波長的關(guān)系:E=hc/。(二)(二)X X射線光譜的組成、特點、怎樣產(chǎn)射線光譜的組成、特
3、點、怎樣產(chǎn)生的,莫塞萊定律:生的,莫塞萊定律:(三)(三)X射線熒光光譜的產(chǎn)生射線熒光光譜的產(chǎn)生。(四)(四)熒光產(chǎn)額熒光產(chǎn)額。二二 X射線熒光光譜分析法的特點射線熒光光譜分析法的特點 (一)優(yōu)點優(yōu)點 (1)分析速度快。(2)X射線熒光光譜跟樣品的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)及物理狀態(tài)無關(guān)。(3)非破壞分析。(4)X射線熒光分析是一種物理分析方法,所以對化學(xué)性質(zhì)上屬于同一族的元素也能進行分析。(5)分析精密度高。(6)X射線光譜比發(fā)射光譜簡單,故易于解析。(7)制樣簡單。(8)X射線熒光分析系表面分析,測定部位是0.1mm深以上的表面層。(二)缺點缺點 (1)難于作絕對分析,故定量分析需要標樣。(2)原子序數(shù)
4、低的元素,其檢出限及測定誤差都比原子序數(shù)高的元素差。第二節(jié)第二節(jié) X射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)及工作原理射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)及工作原理 一一 X射線熒光光譜儀分類射線熒光光譜儀分類 順序型(掃描型)順序型(掃描型)波長色散型波長色散型 多元素同時分析型(多道多元素同時分析型(多道)色散型色散型 固定道與順序型相結(jié)合固定道與順序型相結(jié)合光譜儀光譜儀 能量色散型能量色散型 非色散型非色散型 二二 波長色散波長色散X射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理 圖圖1 1 1X射線管;2一次X射線濾光片;3樣品;4限制視野狹縫;5吸收器;6索拉狹縫;7分光晶體;8索拉狹縫;9探測器。圖圖1為順序型波長色散為順
5、序型波長色散X射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理圖。射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理圖。圖圖2為多元素同時分析型為多元素同時分析型X射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理圖。射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理圖。圖圖2 1X射線管;2一次X射線濾光片;3樣品;4狹縫;5吸收器;6索拉狹縫;7平面晶體;8索拉狹縫;9探測器;10狹縫;11彎面晶體。布拉格方程:布拉格方程:2dsin=n 式中,式中,d為晶面間距(常數(shù),因晶體而異);為晶面間距(常數(shù),因晶體而異);為入射角、衍射角;為入射角、衍射角;為為X射線熒光的波長;射線熒光的波長;n為為衍射級數(shù)(衍射級數(shù)(1,2,3)。)。圖圖3為脈沖高度分析器的原理圖。為脈沖高度分析器的原理圖。圖圖3
6、三三 能量色散能量色散X射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理射線熒光光譜儀結(jié)構(gòu)原理 圖圖4為管激發(fā)能量色散為管激發(fā)能量色散X射線熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)原理圖。射線熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)原理圖。圖圖4 1X光管;2一次X射線濾光片;3準直器;4樣品;5準直器;6半導(dǎo)體探測器;7前置放大器;8多道脈沖高度分析器。第三節(jié)第三節(jié) X射線熒光光譜分析的應(yīng)用射線熒光光譜分析的應(yīng)用 (一)塊狀樣品(一)塊狀樣品 一一 樣品制備樣品制備 (二)粉末樣品(二)粉末樣品 (三)液體樣品三)液體樣品 (一)定性分析法(一)定性分析法 二二 定性分析定性分析 (二)譜圖分析步驟(二)譜圖分析步驟 (一)測量條件的選擇(一)測量條件的選擇 三三
7、 定量分析定量分析 (二)常用定量分析法(二)常用定量分析法 (三)儀器漂移的校正(三)儀器漂移的校正 一一 樣品制備樣品制備 制備樣品時要注意不要引入外來干擾物質(zhì),制備樣品時要注意不要引入外來干擾物質(zhì),更不能改變樣品的成分。樣品的物理形態(tài)有塊更不能改變樣品的成分。樣品的物理形態(tài)有塊狀、粉末、液體等。狀、粉末、液體等。(一)塊狀樣品(一)塊狀樣品 有有鋼鋼鐵鐵、銅銅合合金金、鋁鋁合合金金、電電鍍鍍板板、塑塑料料等等材料的半成品和成品。材料的半成品和成品。對于金屬半成品、成品的取樣要有代表性,對于金屬半成品、成品的取樣要有代表性,表面應(yīng)光潔,無氣孔、偏析和非金屬夾雜物。表面應(yīng)光潔,無氣孔、偏析和
8、非金屬夾雜物。鋼鐵鋼鐵 一般(不分析碳)一般(不分析碳)分析碳分析碳 拋光方法拋光方法注意事項注意事項拋光方法拋光方法注意事項注意事項可用砂帶拋光機可用砂帶拋光機(#60#240)拋)拋光,一般使用光,一般使用80號剛玉磨料,表號剛玉磨料,表面用酒精擦拭。面用酒精擦拭。對新品砂帶要進對新品砂帶要進行修整,確認磨行修整,確認磨料號數(shù)(光潔度料號數(shù)(光潔度變化)。為防止變化)。為防止污染,分析鋁用污染,分析鋁用碳化硅(金剛砂)碳化硅(金剛砂)磨料,分析硅用磨料,分析硅用剛玉類磨料。剛玉類磨料。使用使用#36#80砂砂輪(白剛玉類磨輪(白剛玉類磨料)。料)。要修整磨石表面要修整磨石表面使其平面漏出,
9、使其平面漏出,試樣表面不能過試樣表面不能過燒,勿用溶劑擦燒,勿用溶劑擦拭樣面,禁止用拭樣面,禁止用手觸摸分析面。手觸摸分析面。鋁、銅及其合金樣品:鋁、銅及其合金樣品:適用車床或銑床對表面進行精加工,注意防止油污,別在中心部位適用車床或銑床對表面進行精加工,注意防止油污,別在中心部位留下尖頭。留下尖頭。金屬樣品表面處理需要注意的問題:金屬樣品表面處理需要注意的問題:a.表面光潔度表面光潔度;b.關(guān)于組成結(jié)構(gòu)的變化和分析部位關(guān)于組成結(jié)構(gòu)的變化和分析部位;c.c.表面污染表面污染;d.d.試樣的保管和再拋光試樣的保管和再拋光。圖圖5 (二)粉末樣品(二)粉末樣品 粉末樣品的種類有礦石、耐火材料、爐渣
10、、粉末樣品的種類有礦石、耐火材料、爐渣、金屬粉、土壤等。金屬粉、土壤等。粉末樣品的制備有壓片法和熔融法兩種粉末樣品的制備有壓片法和熔融法兩種。1.壓片法壓片法應(yīng)解決的問題:礦物效應(yīng)、應(yīng)解決的問題:礦物效應(yīng)、顆粒效應(yīng)、顆粒效應(yīng)、均勻性、均勻性、壓片成型條件。壓片成型條件。制樣步驟:干燥和焙燒、混合和研磨、壓片。制樣步驟:干燥和焙燒、混合和研磨、壓片。干燥:干燥:目的是除去吸附水,提高制樣精度,可將目的是除去吸附水,提高制樣精度,可將樣品攤開在玻璃器皿等容器上,放在電烘箱中樣品攤開在玻璃器皿等容器上,放在電烘箱中于于105110下加熱干燥下加熱干燥12小時。小時。焙燒:焙燒:可改變礦物結(jié)構(gòu),克服礦
11、物效應(yīng),亦可除可改變礦物結(jié)構(gòu),克服礦物效應(yīng),亦可除去結(jié)晶水和碳酸根,可將樣品在去結(jié)晶水和碳酸根,可將樣品在1200焙燒焙燒1 1小小時。時?;旌虾脱心ィ夯旌虾脱心ィ嚎山档突蛳痪鶆蛐院涂山档突蛳痪鶆蛐院皖w顆粒效粒效應(yīng)應(yīng)。研磨時注意:污染和化學(xué)反應(yīng)。研磨時注意:污染和化學(xué)反應(yīng)。污染情況有兩種:污染情況有兩種:一種是研樣容器材質(zhì)帶來的,為此要選擇材一種是研樣容器材質(zhì)帶來的,為此要選擇材質(zhì)和物理性能合適的料缽。質(zhì)和物理性能合適的料缽。另一種是前次粉碎后的殘留樣品對下次粉碎樣另一種是前次粉碎后的殘留樣品對下次粉碎樣品的污染,所以,要注意振動磨料缽使用前后要洗品的污染,所以,要注意振動磨料缽使用前
12、后要洗干凈;當分析樣品足夠多時,粉碎前也可用少量樣干凈;當分析樣品足夠多時,粉碎前也可用少量樣品先粉碎一遍以清洗料缽,棄除缽內(nèi)試樣再進行正品先粉碎一遍以清洗料缽,棄除缽內(nèi)試樣再進行正式粉碎式粉碎?;瘜W(xué)反應(yīng):化學(xué)反應(yīng):有脫水、吸潮、氧化的情況。有脫水、吸潮、氧化的情況。研磨過程中的其它問題:研磨過程中的其它問題:a.附聚現(xiàn)象及不易粉碎附聚現(xiàn)象及不易粉碎助粉碎劑助粉碎劑;b.不易成片不易成片黏結(jié)劑黏結(jié)劑;黏結(jié)劑黏結(jié)劑配方配方 黏結(jié)劑黏結(jié)劑配方配方 微晶纖維素微晶纖維素 5g樣樣+2g黏結(jié)劑黏結(jié)劑 硼酸硼酸 5g樣樣+2g黏結(jié)劑黏結(jié)劑 低壓聚乙烯低壓聚乙烯 5g樣樣+2g黏結(jié)劑黏結(jié)劑 硬脂酸硬脂酸
13、10g樣樣+0.5g黏結(jié)劑黏結(jié)劑 石蠟石蠟 15g樣樣+1g黏結(jié)劑黏結(jié)劑 P.T.A滌綸滌綸 7g樣樣+1g黏結(jié)劑黏結(jié)劑 c.內(nèi)標物質(zhì)的加入;內(nèi)標物質(zhì)的加入;d.顆粒大小及均勻性顆粒大小及均勻性粉碎時間試驗。粉碎時間試驗。壓片成型:壓片成型:用合適的模具在油壓機上壓片成型,防止油用合適的模具在油壓機上壓片成型,防止油及模具污染及模具污染。壓力大小試驗:壓力大小試驗:把把X射線強度變化小的壓力當作預(yù)設(shè)壓力。射線強度變化小的壓力當作預(yù)設(shè)壓力。壓片方法:壓片方法:有園環(huán)法和模具法。有園環(huán)法和模具法。圖圖6 2.熔融法熔融法 熔融法是將粉末氧化物樣品與熔劑按一定熔融法是將粉末氧化物樣品與熔劑按一定比例
14、混合均勻后,置于鉑金坩鍋(比例混合均勻后,置于鉑金坩鍋(5%Au95%Pt)中于中于10001300加熱熔融,冷卻后加熱熔融,冷卻后形成玻璃狀試樣形成玻璃狀試樣。a.樣品粉碎樣品粉碎 一般樣品都要粉碎到一般樣品都要粉碎到74m,在,在105燒燒2h使樣品干燥。鐵礦、銅礦、多金屬礦須粉碎到使樣品干燥。鐵礦、銅礦、多金屬礦須粉碎到48m。b.熔劑及比例熔劑及比例 所用熔劑一般為無水四硼酸鈉所用熔劑一般為無水四硼酸鈉(Na2B4O7)、無水四硼酸鋰(無水四硼酸鋰(Li2B4O7)和偏硼酸鋰()和偏硼酸鋰(LiBO2),熔劑與試樣的比例一般為熔劑與試樣的比例一般為10:1,也有,也有5:1的如的如硅酸
15、礦,硅酸礦,15:1的如鐵礦。的如鐵礦。c.熔融熔融 用高頻熔樣機、馬弗爐或燃氣噴燈熔融,用高頻熔樣機、馬弗爐或燃氣噴燈熔融,在熔融過程中,為驅(qū)趕氣泡和使高溫熔體混勻在熔融過程中,為驅(qū)趕氣泡和使高溫熔體混勻要晃動,熔融溫度和時間要合適。要晃動,熔融溫度和時間要合適。d.冷卻冷卻 熔體有的采用自然冷卻,有的為防止偏析采熔體有的采用自然冷卻,有的為防止偏析采用快速冷卻,用壓縮空氣冷卻底部,澆鑄前模具用快速冷卻,用壓縮空氣冷卻底部,澆鑄前模具要預(yù)熱至要預(yù)熱至1000左右。左右。e.分析表面分析表面 分析表面可直接利用與坩堝接觸的接觸面,分析表面可直接利用與坩堝接觸的接觸面,如表面不平可用砂紙拋光。如
16、表面不平可用砂紙拋光。f.脫模劑和氧化劑脫模劑和氧化劑 為了提高制片的成功率和有效地保護鉑金坩為了提高制片的成功率和有效地保護鉑金坩鍋,在熔融時需加少量的脫模劑和氧化劑。鍋,在熔融時需加少量的脫模劑和氧化劑。(三)液體樣品(三)液體樣品 液體樣品一般指物質(zhì)的水溶液和油類。有直液體樣品一般指物質(zhì)的水溶液和油類。有直接法、富集法、點滴法。接法、富集法、點滴法。在制樣中還應(yīng)注意在制樣中還應(yīng)注意:a.標樣與未知樣必須采用相同的樣品處理標樣與未知樣必須采用相同的樣品處理方法。方法。b.試樣的厚度必須要有大于半衰減層(使試樣的厚度必須要有大于半衰減層(使透射透射X射線強度衰減一半時所需吸收物質(zhì)的厚射線強度
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