实验室光学仪器--X射线荧光光谱仪的原理

现代X射线荧光光谱仪已发展成一个大家族,可分为同步辐射X射线荧光光谱、质子X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱、波长色散X射线荧光光谱和能量色散X射线荧光光谱等。同步辐射X射线荧光光谱、质子X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱基本上是用Si(Li)半导体探测器进行检测的。

波长色散X射线荧光光谱还可进一步分为顺序型(扫描型)、多元素同时分析型(多道)谱仪和固定道与顺序型相结合的谱仪三大类。三者适用范围各有千秋,顺序型适用于科研及多用途工作,多道谱仪则适用于相对固定组成和批量试样分析,固定道与顺序式相结合则结合了两者的优点。

能量色散X射线荧光光谱可进一步分为具有高分辨率的实验室通用谱仪如Si(Li)和高纯锗的半导体探测器,以正比计数管或闪烁计数管为探测器的便携式谱仪和介于两者之间的台式谱仪。

X射线荧光光谱仪在结构上基本由激发样品的光源、色散、探测、谱仪控制和数据处理等几方面组成。在科研研究、工农业生产和环保上,波长色散X射线荧光光谱仪和能量色散X射线荧光光谱仪被广泛应用。在此也重点介绍这两种X射线荧光光谱仪。早在20世纪80年代中期,许多人就认为波长色散X射线荧光光谱仪已经相当成熟,但之后波长色散X射线荧光光谱仪仍有很大进步。其特点是结构上小型化、操作上自动化、应用上专业化和数据处理睿智化。

后面会有对波长色散X射线荧光光谱仪结构的详细介绍,此处要介绍的是能量色散X射线荧光光谱仪相比波长色散X射线荧光光谱仪的不同点。能量色散X射线荧光光谱仪不采用晶体分光系统,二是利用半导体检测器的高分辨率,再配有多道脉冲分析器,直接测量试样X射线荧光的能量。因此能量色散X射线荧光光谱仪的结构相比波长色散X射线荧光光谱仪会显得结构更小型轻便。

能量色散X射线荧光光谱仪的基本运作为:来自试样的X射线荧光依次被半导体检测器检测得到一系列幅度与光子能量呈正比的脉冲,经放大器放大后送到多道脉冲幅度分析器上。按脉冲幅度的大小分别统计脉冲数,脉冲幅度可以用光子的能量来标度从而得到强度随光子能量分布的曲线,即能谱图。