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X荧光分析
一．实验目的
1．了解能量色散X荧光分析的原理、仪器构成和基本测量、分析方法。 2．验证莫塞莱定律，并从实验推出屏蔽常数。
3．研究对多道分析器的定标，以及利用X荧光分析测量位未知样品成分及相对含量的方法。
二．实验原理
以一定能量的光子、电子、原子、?粒子或其它离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击
出，产生电子空位，原子处于激发态。外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态。跃迁能量以特征X射线形式释放，或能量转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，即俄歇电子发射。测出特征X射线能谱，即可确定所测样品中元素种类和含量。
特征曲线X射线根据跃迁后电子所处能级可以分为K,L,M系等；根据电子跃迁前所在能级又可分为K?,K?,K?,L?,L?等不同谱线。特征X谱线的的能量为两壳层电子结合能之差。因此，所有元素的K,L系特征X射线能量在几千电子伏到几十千电子伏之间。X荧光分析中激发X射线的方式一般有三种：
（1）用质子、α粒子等离子激发 （2）用电子激发；
（3）用X射线或低能?射线激发。我们实验室采用X射线激发（XIX技术），用放射性同位素作为激发源的X光管。
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XIX技术中，入射光子除与样品中原子发生光电作用产生内壳层空位外，还可以发生相干散射
和非相干散射（康普顿散射），这些散射光子进入探测器，形成XIX分析中的散射本底。另外，样品中激发出的光电子又会产生轫致辐射，但这产生的本底比散射光子本底小得多，且能量也较低，一般在3keV以下。所以XIX能谱特征是：特征X射线峰叠加在散射光子峰之间的平坦的连续本底谱上。如图1能谱示意图所示。
图一：能谱示意图
测量特征X射线常用Si?Li?探测器，它的能量分辨率高，适用于多元素同时分析，也可选用
Ge?Li?或高纯Ge探测器，但均价格昂贵。
在X荧光分析中，对于轻元素（一般指Z?45的元素）通常测其KX射线，对于重元素（Z?45的元素），因其KX射线能量较高且比LX射线强度弱，常测其LX射线，这样测量的特征X射线能量一般在20keV以下。正比计数管在此能量范围，探测效率较高，其能量分辨率虽比Si?Li?探测器差，但远好于NaI?TI?闪烁探测器，质量好的正比管5.89keV处分辨率优于15%，能满足学生实验的需要。
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X荧光分析可以同时测出样品中所含元素种类和各元素绝对或相对含量。所含元素种类可以由
测出的特征X射线能量与已知的各元素特征X射线能量值相对照识别出来。 元素的绝对含量可由下式计算：
W?NiA?n0?i?iTN04?
其中Ni为所测元素的一个特征峰计数（扣除本底后的峰面积），A为该元素的原子量，n0为入射粒子数，?i为特征X射线产生截面，i表示KX射线或LX射线，?i为探测该特征峰处的效率、
T为该特征X射线在样品中的透射率，对薄样品近似为1。N0为阿伏伽德罗常数，?为探测器对
样品所强立体角。样品中A,B两种元素的含量比可由下式计算：
AABBWANiA?j?j ?BAAWBNBA??jii样品中元素的含量亦可以根据前述标准样品测得的定标曲线，用同样测试时间比较测出。 对峰重迭的谱，需要用曲线（常用高斯线）拟合法，算出峰面积Ni,Nj。
1913年莫塞莱发现元素的特征X射线频率?与原子序数Z有下列关系：
??AZ?B
式中A,B是常数；对一定范围内的元素，A,B不随Z改变。
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