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SPT知识小讲堂||X射线荧光光谱仪(XRF)

2024-06-25 73

KNOX射线荧光光谱仪(XRF)的历史可追溯到1895年伦琴发现X射线,随后,特征X射线光谱发现奠定了理论基础,20世纪50年代后各种商用XRF不断发展,迄今XRF已在地质、冶金、材料、环境等无机分析领域得到了广泛的应用,是各种无机材料中主组分分析最重要的技术手段之一,各种与X射线荧光光谱相关的分析技术,如同步辐射XRF、全反射XRF光谱技术等,在痕量和超痕量分析中亦发挥着重要的作用。

XRF发展历史

1895年,德国物理学家威廉·康拉德·伦琴意外地发现了X射线(又称伦琴射线)。


1901年,伦琴因发现X射线而获得诺贝尔物理学奖。


1909年,英国物理学家查尔斯·格洛弗·巴克拉发现了从样本中辐射出来的X射线与样品原子量之间的联系,特征X射线光谱的发现,为X射线光谱学的建立奠定了基础。


1913年,英国的物理学家亨利·莫斯莱发现了一系列元素的标识谱线(特征谱线)与该元素的原子序数存在一定的关系。这些发现都为人们后期根据原子序数而不是根据原子量大小提炼元素周期表奠定了基础,同样也为人们建立起第一个X射线荧光光谱仪(XRF)打下了坚实的理论基础。亨利·莫斯利也是第一个使用X射线进行分析的人。他制造的仪器相当原始,只是一个用高能电子轰击样品的X射线管。


1928年,R.Glocker和H.Schreiber是第一批使用X射线技术对材料进行定量分析的科学家。然而,直到20世纪40年代,探测器技术才赶上,将该技术应用于实际环境。


1948年,Herbert Friedman(弗利德曼)和Laverne Stanfield Birks(伯克斯)建立起世界上第一台商品化波长色散X射线荧光(WDXRF)光谱仪,探测器的改进是关键。


1965年,探测X射线的Si(Li)探测器问世,随即被装配于X射线荧光光谱仪上,成为能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱仪的核心部件。1969年,美国海军实验室Birks研制出第一台真正意义上的EDXRF光谱仪。


1982年,第一台“手持式”XRF问世。探头重量超过31 kg,测量头连接到小车上,电子设备在小车上显示数据。


1994年,第一个一体式全手持式探测器诞生,具有实时数字信号处理和硅PIN二极管探测器。仪器重7千克,可测量的最轻元素是钛。


2001年,X射线管技术的进步使得用X射线管代替放射性同位素激发成为可能。X射线管具有许多优点,例如提高了安全性、更快的分析速度和更低的检出限。XRF光谱仪重2-3千克,可测量的最轻元素是镁。


2008年,SiPin探测器被硅漂移探测器取代,提高了仪器的光谱分辨率。


如今,这些仪器重量不到2kg,如今能够检测氟(通过氦吹扫)并测量钠到铀。

XRF的特点和优势

优势

1.应用广泛:广泛用于冶金,地质、矿物、石油、化工、生物、医疗、刑侦、考古等诸多部门和领域,是普遍采用的一种快速、准确、经济的多元素分析方法。

2.无标半定量分析:一般来说混合物的无标半定量结果在常量分析5%~95%范围内,参考价值很大。

3.无损检测:具有非破坏性。

4.制样方便:制样十分便捷,固体、液体、粉末均可进行分析。手持XRF更是无需制样、上手即测。

5.快速检测:近年来,XRF产品的检测速度得到了质的飞跃。检测时间按从最初的几十分钟降低到只需几秒钟,非常适用于通量大、需求多的用户。

局限

1.限值:正常的定量限值为10~20 ppm,这通常是准确读数所需的最小值。

2.厚度:X射线入射深度较大,因而当薄膜厚度在微米级以下时,需要控制X射线的入射角度,减小入射深度,减轻衬底信息的干扰。