光电激发与弛豫过程
当高能X射线(或γ射线)轰击样品时,其能量若超过原子内层电子结合能(如K层、L层),将导致电子电离并形成空位。激发态原子通过外层电子跃迁填补空位时,释放特征X射线(荧光辐射),其能量等于两电子轨道能级差(ΔE=hv),遵循莫塞莱定律:
(λ为特征X射线波长,Z为原子序数,k、σ为修正系数)
元素指纹识别
每种元素形成元素指纹谱,实现ppm级(0.0001%)至百分含量范围的精准定性/定量分析。
核心组件 | 功能描述 |
---|---|
激发源 | 高压X射线管(Rh靶/Ag靶,功率50-100 W)或放射性同位素源(如⁵⁵Fe、¹⁰⁹Cd) |
样品室 | 多轴可调样品台,支持直径1-50 mm样品,配备He气吹扫系统降低轻元素吸收 |
探测系统 | 硅漂移探测器(SDD,能量分辨率<130 eV)或比例计数器 |
数据处理系统 | 多道脉冲高度分析器(MCA)结合FP法/经验系数法解谱 |
参数 | 能量色散型XRF(ED-XRF) | 波长色散型XRF(WD-XRF) |
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分光原理 | 直接测量X射线能量 | 晶体分光测量X射线波长 |
探测器 | 半导体探测器(SDD) | 流气式正比计数器+分光晶体 |
分辨率 | 中等(~150 eV) | 高(~5 eV) |
检测速度 | 快速(秒级) | 较慢(分钟级) |
典型应用 | 现场快速筛查、多元素同时分析 | 实验室高精度分析、重元素检测 |
领域 | 典型检测对象 | 关键指标 |
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冶金工业 | 304/316不锈钢Cr/Ni/Mo含量 | 牌号鉴别 误差小于0.5 wt% |
环境监测 | 土壤中Pb/Cd/As污染浓度 | 检出限:2-10 ppm(重金属) |
电子制造 | 焊料Sn-Ag-Cu合金比例 | 厚度分析精度±0.1 μm |
考古鉴定 | 青铜器Cu-Sn-Pb三元组分 | 非破坏检测,支持μ-XRF微区分析 |
珠宝检测 | 贵金属纯度(Au750/Au916) | 表层镀层识别能力达10 nm |
核心优势
非破坏性检测(NDT),样品形态兼容性强
多元素同步分析(Na-U全元素覆盖)
快速检测(5-300秒/样品)
无需复杂前处理(支持原位检测)
技术局限
轻元素(Z<11)检测灵敏度低
对样品均质性敏感(需研磨至<50 μm)
基体效应需通过标准样品校正
样品制备
金属块体:碳化钨砂纸打磨至Ra<0.8 μm
粉末样品:硼酸镶边压片(压力>20吨)
液体样品:6 μm聚酯膜密封防挥发
仪器校准
每日开机执行能量校准(Cu-Kα=8.04 keV)
每周验证检出限(NIST SRM 610标样)
每季度检查重复性(RSD<1.5%)
辐射安全
铅屏蔽体(≥2 mm铅当量)
实时剂量监控(工作区<2.5 μSv/h)
操作员佩戴TLD个人剂量计
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