xrf是什么_xrf測試 - 全文

XRF是什么??XRF測試及XRF原理,本內(nèi)容深入探討了XRF的相關(guān)內(nèi)容，并做了整體的講解分析。

1.什么是XRF?

XRF:X射線熒光光譜分析(X Ray Fluorescence)

人們通常把X射線照射在物質(zhì)上而產(chǎn)生的次級X射線叫X射線熒光（X—Ray Fluorescence），而把用來照射的X射線叫原級X射線。所以X射線熒光仍是X射線。

一臺典型的X射線熒光（XRF）儀器由激發(fā)源（X射線管）和探測系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X射線（一次X射線），激發(fā)被測樣品。受激發(fā)的樣品中的每一種元素會放射出二次X射線，并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(tǒng)測量這些放射出來的二次X射線的能量及數(shù)量。然后，儀器軟件將探測系統(tǒng)所收集到的信息轉(zhuǎn)換成樣品中各種元素的種類及含量。X射線照在物質(zhì)上而產(chǎn)生的次級 X射線被稱為X射線熒光.

利用X射線熒光原理，理論上可以測量元素周期表中的每一種元素。在實際應(yīng)用中，有效的元素測量范圍為11號元素 （Na）到92號元素（U）。

2.X射線熒光的物理原理：

X射線是電磁波譜中的某特定波長范圍內(nèi)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射線熒光是原子內(nèi)產(chǎn)生變化所致的現(xiàn)象。一個穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)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(nèi)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(dǎo)致該電子殼層出現(xiàn)相應(yīng)當(dāng)電子空位。這時處于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(yīng)當(dāng)電子空位。由于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射線熒光（XRF）。

X射線的波長

元素的原子受到高能輻射激發(fā)而引起內(nèi)層電子的躍遷，同時發(fā)射出具有一定特殊性波長的X射線，根據(jù)莫斯萊定律，熒光X射線的波長λ與元素的原子序數(shù)Z有關(guān)，其數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

λ=K(Z? s) ?2

式中K和S是常數(shù)。

X射線的能量

而根據(jù)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(shù)；ν為光波的頻率；C為光速。

因此,只要測出熒光X射線的波長或者能量,就可以知道元素的種類，這就是熒光X射線定性分析的基礎(chǔ)。此外,熒光X射線的強度與相應(yīng)元素的含量有一定的關(guān)系，據(jù)此，可以進行元素定量分析。

3.X射線熒光應(yīng)用及分析

a) X射線用于元素分析，是一種新的分析技術(shù)，但在經(jīng)過二十多年的探索以后，現(xiàn)在已完全成熟，已成為一種廣泛應(yīng)用于冶金、地質(zhì)、有色、建材、商檢、環(huán)保、衛(wèi)生等各個領(lǐng)域。

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

c) 根據(jù)各元素的特征X射線的強度，也可以獲得各元素的含量信息。這就是X射線熒光分析的基本原理。

4.X熒光與其它方法比較

優(yōu)點:

a) 分析速度高。測定用時與測定精密度有關(guān)，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射線熒光光譜跟樣品的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)無關(guān)，而且跟固體、粉末、液體及晶質(zhì)、非晶質(zhì)等物質(zhì)的狀態(tài)也基本上沒有關(guān)系。（氣體密封在容器內(nèi)也可分析）但是在高分辨率的精密測定中卻可看到有波長變化等現(xiàn)象。特別是在超軟X射線范圍內(nèi)，這種效應(yīng)更為顯著。波長變化用于化學(xué)位的測定 。

c) 非破壞分析。在測定中不會引起化學(xué)狀態(tài)的改變，也不會出現(xiàn)試樣飛散現(xiàn)象。同一試樣可反復(fù)多次測量，結(jié)果重現(xiàn)性好。

d) X射線熒光分析是一種物理分析方法，所以對在化學(xué)性質(zhì)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）難于作絕對分析，故定量分析需要標(biāo)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。

5.X熒光分析儀的分類

不同元素發(fā)出的特征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發(fā)出的，進行元素的定性分析。同時樣品受激發(fā)后發(fā)射某一元素的特征X射

線強度跟這元素在樣品中的含量有關(guān)，因此測出它的強度就能進行元素的定量分析。

因此，X射線熒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：

XRF測試若干問題：

　　XRF中文稱為X射線熒光光譜儀，它包括能量色散型X射線熒光光譜儀(EDXRF)和波長色散型X射線熒光光譜儀(WDXRF)，WDXRF在精度和準(zhǔn)確度方面要比EDXRF好，價格也較高。目前市場上使用較多的是EDXRF。無論是哪種X射線熒光光譜儀，它都是利用熒光散射的原理探測樣品中是否存在某種元素，所以具有方便、快捷、不破壞樣品、省時省事的優(yōu)點，非常適用于大批量原材料的驗貨分析。但它存在下述問題：

　　第一，XRF只能進行元素分析，而不能進行價態(tài)分析。即它的分析結(jié)果包括所有價態(tài)的元素總量。例如Cr的分析，它分辨不出材料中Cr是以金屬Cr、三價鉻還是六價鉻的形式存在，只能給出總鉻的含量。

　　第二，XRF受基體干擾非常嚴(yán)重。即材料的組成成分對結(jié)果影響很大。一般來說對單純的材料，如PP、PE、PS、高純度的金屬等，XRF測試結(jié)果的誤差范圍為±30%甚至更低;對復(fù)合材料，如PC+ABS、PS+PE、各種合金(含量大于1%的元素超過2種)，XRF測試結(jié)果的誤差范圍為 40～50%，材料越復(fù)雜誤差越大。所以合金的測試結(jié)果誤差一般要比復(fù)合塑膠的測試結(jié)果大。下面以RoHS測試為例，對臺式EDXRF測試結(jié)果X進行如下解釋：

　　元素 單純的塑膠材料 單純的金屬材料 復(fù)合材料

　　Cr X<700ppm，可視為滿足要求 X<700ppm，可視為滿足要求 X<500ppm，可視為滿足要求

　　X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 X>500ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析

　　Br X<300ppm，可視為滿足要求 —— X<250ppm，可視為滿足要求

　　X>300ppm無法判斷是否滿足要求 —— X>250ppm無法判斷是否滿足要求

　　Pb X<700ppm，可視為滿足要求 X<700ppm，可視為滿足要求 X<500ppm，可視為滿足要求

　　1300ppm>X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 1300ppm>X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 1500ppm>X>500ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析

　　X>1300ppm可視為不滿足要求 X>1300ppm可視為不滿足要求 X>1500ppm可視為不滿足要求

　　Hg X<700ppm，可視為滿足要求 X<700ppm，可視為滿足要求 X<500ppm，可視為滿足要求

　　1300ppm>X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 1300ppm>X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 1500ppm>X>500ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析

　　X>1300ppm可視為不滿足要求 X>1300ppm可視為不滿足要求 X>1500ppm可視為不滿足要求

　　Cd X<70ppm，可視為滿足要求 X<700ppm，可視為滿足要求 X<70ppm，可視為滿足要求

　　1300ppm>X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 1300ppm>X>700ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析 1500ppm>X>500ppm無法判斷是否滿足要求，需進行化學(xué)分析

　　X>1300ppm可視為不滿足要求 X>1300ppm可視為不滿足要求 X>1500ppm可視為不滿足要求

　　從上述描述可知，XRF最適合用于材料是否符合法規(guī)要求的快速篩選，XRF的測試屬于定性半定量測試，XRF的測試結(jié)果不能用于符合性判斷的準(zhǔn)確結(jié)果。