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什么是 XRF?

当来自 X 射线管或放射源的初级 X 射线激发源撞击样品时,X 射线要么被原子吸收,要么被材料散射。X 射线通过将其所有能量传递给最内层的电子而被原子吸收的这一过程称为“光电效应”。在此过程中,如果初级 X 射线有足够的能量,电子就会从内壳层中射出,产生空位。这些空位给原子带来了不稳定的条件。当原子回到其稳定状态时,电子从外壳层转移到内壳层,并在此过程中发出特征 X 射线,其能量为相应壳的两个束缚能之差。因为每种元素都有一组独特的能级,所以每种元素都会产生一组独特能量的 X 射线,这使我们能够无损地测量样品的元素组成;测量通常使用 Si-PIN、SDD 或 CdTe 等固态探测器进行。发射特征 X 射线的过程被称为“X 射线荧光”或 XRF。使用 X 射线荧光的分析被称为“X 射线荧光光谱法”。在大多数情况下,最里面的 K 和 L 壳层与 XRF 检测相关。一旦信号经过数字脉冲处理器处理,来自辐照样品的典型 X 射线光谱将显示多个不同强度的峰。


使用 Amptek XR-100CR 25 mm2 x 500µm X 射线探测器和 PX5 数字脉冲处理器和电源采集频谱。

特征 X 射线被标记为 K、L、M 或 N,以表示它们源自的壳层。另一个名称 α(a)、β(b)或 γ(g)用来标记因更高层电子跃迁而产生的 X 射线。因此,Ka X 射线由电子从 L 壳层到 K 壳层的跃迁产生,而 Kb X 射线由电子从 M 壳层到 K 壳层的跃迁产生,以此类推。由于壳层内有多个具有较高和较低束缚能的电子轨道,故进一步命名为 a1、a2 或 b1、b2 等,以表示电子从这些轨道到同一低壳层的跃迁。

XRF 方法被广泛用于测量材料的元素组成。由于此方法快速且对样品无损,因此是现场应用和工业生产中控制材料的首选方法。根据不同的应用,XRF 不仅可以使用 X 射线,还可以使用其他初级激发源(例如 α 粒子、质子或高能电子束)产生。

有时,当原子回到其稳定状态时,与发射特征 X 射线相反,它会将激发能直接传递给一个外层电子,使其从原子中射出。射出的电子被称为“俄歇”电子。此过程是一个与 XRF 相对的过程。俄歇电子在低 Z 元素中比在高 Z 元素中更有可能出现。

X 射线荧光过程示例:钛原子(Ti=22)

1)K 壳层中的电子被外部初级 X 射线激发从原子中射出,产生空位。

K 线

2)来自 L 或 M 壳层的电子“跃入”以填充空位。在这个过程中,它会发出此元素独有的特征 X 射线,进而在 L 或 M 壳层中产生空位。

L 线

3)当初级激发 X 射线或前一事件在 L 壳层中产生空位时,来自 M 或 N 壳层的电子会“跃入”以占据空位。在这个过程中,它会发出此元素独有的特征 X 射线,进而在 M 或 N 壳层中产生空位。

“俄歇”电子

来自内部原子的激发能被传递给一个外部电子,使其从原子中射出。

X 射线荧光光谱分析(56k)。

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Amptek XRF 简介