EDX能量色散X射线光谱仪简介解析.pdf

EDX能量色散 X射线光谱仪 EDX:Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy能量色散 X射线光谱仪，也 可简写为 EDS EDX是借助于分析试样发出的元素特征X射线波长和强度实现的，根据波 长测定试样所含的元素，根据强度测定元素的相对含量。 1 能量色散 X射线光谱仪应用 常用的 EDX探测器是硅渗锂探测器。当特征X射线光子进入硅渗锂探测器后 便将硅原子电离，产生若干电子- 空穴对，其数量与光子的能量成正比。利用偏 压收集这些电子空穴对，经过一系列转换器以后变成电压脉冲供给多脉冲高度分 析器，并计数能谱中每个能带的脉冲数。 能量色散 X射线光谱仪原理 一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发 态原子寿命约为 (10-12-(10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的 状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃 迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出 较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效 应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。 它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴 所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X 射线 荧光， 其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的， 与元素有一一对应的关系。 K 层电子被逐出后 , 其空穴可以被外层中任一电子 所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由 L 层跃迁到 K 层辐射的 X 射线叫 K 射线, 由 M层跃迁到 K层辐射的 X射线叫 K 射线。 同样 ,L 层电子被逐出可以产生L 系辐射。如果入射的X 射线使某元素的K 层电子激发 成光 电子后 L 层电子跃迁到K层，此时就有能量E释放出来，且 E=EK-EL ，这个能量是以X射线形式释放，产生的就是K 射线，同样还可以 产生 K 射线 ，L 系射线等。 莫斯莱 (H.G.Moseley 发现，荧光 X射线的波长 与元素的原子序数Z 有关，其数学关系如下：=K(Z-s-2 这就是莫斯莱定律， 式中 K和 S是常数，因此 , 只要测出荧光X射线的波长 , 就可以知道元素的种类, 这就是荧光 X射线定性分析的基础。此外, 荧光 X射线的强度与相应元素的含量 有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。 X射线的产生利用X射线管（图 2），施加高电压以加速电子，使其冲撞金 属阳极（对阴极）从而产生X射线。从设计上分为横窗型（side window type） 和纵窗型（ end window type）两种 X射线管，都是设计成能够把X射线均匀得 照射在样品表面的结构。 X射线窗口，一般使用的是铍箔。阴极（也叫做：靶材）则多使用是钨(W 、 铑(Rh、钼（ Mo ）、铬（ Cr）等材料。这些靶材的使用是依据分析元素的不同而 使用不同材质。原则上分析目标元素与靶材的材质不同。 如何利用荧光X射线进行定量分析 在包含某种元素1 的样品中，照射一次X 射线，就会产生元素1 的荧光 X射 线，不过这个时候的荧光X射线的强度会随着样品中元素A的含量的变化而改 变。元素 1 的含量多，荧光X射线的强度就会变强。注意到这一点，如果预先知 道已知浓度样品的荧光X射线强度，就可以推算出样品中元素A的含量。采用定 量分析的时候，可以在样品中加入高纯度的二氧化硅，作为参比样，并且掺量是 已知的。这样可以间接知道其他组分的含量。 利用荧光 X射线进行定量分析的时候，大致分为3 个方法。一个是制作测量 线的方法（经验系数法）。这个方法是测定几点实际的已知浓度样品，寻求想测 定元素的荧光X射线强度和浓度之间的关系，以其结果为基础测定未知样品取得 荧光 X射线，从而得到浓度值。 另一个方法是理论演算的基础参数法（FP法）。这个方法在完全了解样品 的构成和元素种类前提，利用计算的各个荧光X射线强度的理论值，推测测定得 到未知样品各个元素的荧光X射线强度的组成一致。 NBS-GSC 法也称作理论Alpha 系数法。它是基于荧光X射线激发的基本原 理，从理论上使用基本物理参数计算出样品中每个元素的一次和二次特征X射线 荧光强度的。基于此再计算Lachance 综合校正系数，然后使用这些理论 系数 去校正元素间的吸收增强效应。它与经验系数法不同，这些校正系数是从“理 论”上取得的，而非建立在“经验”上。因而它也不需要那么多的标样，只要少 数标样来校准仪器因子。