熒光儀原理

1、利用高速電子撞擊金屬靶面產(chǎn)生X射線的真空電子器件。又稱X光管。分為充氣管和真空管兩類。1895年W.K.倫琴在進(jìn)行克魯克斯管實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了X射線?？唆斂怂构芫褪亲钤绲某錃釾射線管，其功率小、壽命短、控制困難，現(xiàn)已很少應(yīng)用。1913年W.D.庫(kù)利吉發(fā)明了真空X射線管。管內(nèi)真空度不低于104帕。陰極為直熱式螺旋鎢絲，陽(yáng)極為銅塊端面鑲嵌的金屬靶。陰極發(fā)射出的電子經(jīng)數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)伏高壓加速后撞擊靶面產(chǎn)生X射線。以后經(jīng)過許多改進(jìn)，至今仍在應(yīng)用?，F(xiàn)代出

2、現(xiàn)一種在陽(yáng)極靶面與陰極之間裝有控制柵極的X射線管，在控制柵上施加脈沖調(diào)制，以控制X射線的輸出和調(diào)整定時(shí)重復(fù)曝光。X射線管用于醫(yī)學(xué)診斷、治療、零件的無(wú)損檢測(cè)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、光譜分析、科學(xué)研究等方面。X射線對(duì)人體有害，使用時(shí)須采取防護(hù)措施。X射線管是具有陰極和陽(yáng)極的真空管，陰極用鎢絲制成，通電后可發(fā)射熱電子，陽(yáng)極（就稱靶極）用高熔點(diǎn)金屬制成（一般用鎢，用于晶體結(jié)構(gòu)分析的X射線管還可用鐵、銅、鎳等材料）。用幾萬(wàn)伏至幾十萬(wàn)伏的高壓加速電子，電子

3、束轟擊靶極，X射線從靶極發(fā)出。電子轟擊靶極時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫，故靶極必須用水冷卻，有時(shí)還將靶極設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)動(dòng)式的。利用初級(jí)X射線光子或其他微觀離子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光(次級(jí)X射線)而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。按激發(fā)、色散和探測(cè)方法的不同，分為X射線光譜法(波長(zhǎng)色散)和X射線能譜法(能量色散)。當(dāng)原子受到X射線光子(原級(jí)X射線)或其他微觀粒子的激發(fā)使原子內(nèi)層電子電離而出現(xiàn)空位，原子內(nèi)層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內(nèi)層電子

4、空位，并同時(shí)放射出次級(jí)X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內(nèi)層電子空位所釋放的能量等于兩電子能級(jí)的能量差，因此，X射線熒光的波長(zhǎng)對(duì)不同元素是特征的。根據(jù)色散方式不同，X射線熒光分析儀相應(yīng)分為X射線熒光光譜儀(波長(zhǎng)色散)和X射線熒光能譜儀(能量色散)。X射線熒光光譜儀主要由激發(fā)、色散、探測(cè)、記錄及數(shù)據(jù)處理等單元組成。激發(fā)單元的作用是產(chǎn)生初級(jí)X射線。它由高壓發(fā)生器和X光管組成。后者功率較大，用水和油同時(shí)冷卻。色散單元的作用是分出想要

5、波長(zhǎng)的X射線。它由樣品室、狹縫、測(cè)角儀、分析晶體等部分組成。通過測(cè)角器以1∶2速度轉(zhuǎn)動(dòng)分析晶體和探測(cè)器，可在不同的布拉格角位置上測(cè)得不同波長(zhǎng)的X射線而作元素的定性分析。探測(cè)器的作用是將X射線光子能量轉(zhuǎn)化為電能，常用的有蓋格計(jì)數(shù)管、正比計(jì)數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)管、半導(dǎo)體探測(cè)器等。記錄單元由放大器、脈沖幅度分析器、顯示部分組成。通過定標(biāo)器的脈沖分析信號(hào)可以直接輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理而得到被測(cè)元素的含量。X射線熒光能譜儀沒有復(fù)雜的分光系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

6、。X射線激發(fā)源可用X射線發(fā)生器，也可用放射性同位素。X射線激發(fā)源由X光機(jī)電源和X射線管組成。能量色散用脈沖幅度分析器。探測(cè)器和記錄等與X射線熒光光譜儀相同。X射線熒光光譜儀和X射線熒光能譜儀各有優(yōu)缺點(diǎn)。前者分辨率高，對(duì)輕、重元素測(cè)定的適應(yīng)性廣。對(duì)高低含量的元素測(cè)定靈敏度均能滿足要求。后者的X射線探測(cè)的幾何效率可提高2～3數(shù)量級(jí)，靈敏度高。可以對(duì)能量范圍很寬的X射線同時(shí)進(jìn)行能量分辨(定性分析)和定量測(cè)定。對(duì)于能量小于2萬(wàn)電子伏特左右的能譜

7、的分辨率差。X射線熒光分析法用于物質(zhì)成分分析，檢出限一般可達(dá)310～106克／克(g／g)，對(duì)許多元素可測(cè)到107～109g／g，用質(zhì)子激發(fā)時(shí)，檢出可達(dá)1012g／g；強(qiáng)度測(cè)量的再現(xiàn)性好；便于進(jìn)行無(wú)損分析；分析速度快；應(yīng)用范圍廣，分析范圍包括原子序數(shù)Z≥3的所有元素。除用于物質(zhì)成分分析外，還可用于原子的基本性質(zhì)如氧化數(shù)、離子電荷、電負(fù)性和化學(xué)鍵等的研究。電子躍遷就是指原子的外層電子從低能軌道轉(zhuǎn)移到高能軌道，或者從高能軌道轉(zhuǎn)移到低能軌道。

8、轉(zhuǎn)移過程中會(huì)吸收或者放出一個(gè)光子，該光子能量為兩個(gè)軌道能量之差的絕對(duì)值。電子躍遷分為自發(fā)躍遷和受激躍遷，在沒有外界激勵(lì)的情況下電子處在平衡狀態(tài)下，再有外界激勵(lì)下，電子平衡被打破，如果電子吸收光子能量則會(huì)跳躍到離原子核更遠(yuǎn)的軌道上（光子能量大于或等于兩軌道能及之差），但這樣的電子不穩(wěn)定，容易放出能量而返回原來(lái)的軌道，這部分放出的能量就表現(xiàn)為熒光。波爾用氫原子軌道理論成功結(jié)識(shí)了電子躍遷。該理論假設(shè)氫原子電子在某些特定的軌道上運(yùn)行，每個(gè)軌道對(duì)

9、應(yīng)著一個(gè)能級(jí)，且能級(jí)是分離的。在外界光子的激發(fā)下，電子可以從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，其中入射光子的能量必須要大于或者等于兩軌道能級(jí)絕對(duì)值之差。同時(shí)合適的光子入射下，原子電子也可以從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，同時(shí)放出一個(gè)光子，該光子能量與入射光子能量相同，且相干，這是激光產(chǎn)生的基本原理，也叫做受激輻射。除此之外，原子內(nèi)部電子也可以自發(fā)的從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，或者從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，不過這種過程處于靜態(tài)平衡之中。將電子從基態(tài)激發(fā)到脫離原子，叫做電離