微束微区X射线探针分析仪的基本参数法定量分析研究

摘要

随着科学研究和工业的发展，人们逐渐要求在表面分析领域能够解决微米级的表面结构和元素的含量分布。X 射线探针分析技术作为一种无损检测技术，是解决微米级范围内元素定性、定量分析问题的理想手段。基本参数法作为XRF技术定量分析的一种方法，是建立在数学理论的推导之上的，因而其可靠且准确度高。本文对荧光强度理论、基本参数法理论和各个基本参数的拟合公式进行了研究，介绍了准确度较高的各基本参数拟合公式，设计并实现了基本参数法定量分析计算程序。通过配制样品和原生矿物的初步实验应用，效果良好，取得了以下主要成果： （1）由于X 光透镜对不同频率的X 射线的传输效率是不同的，而且X 射线经透镜后衰减了多少也未知，所以用已知的X 光管射线强度分布的拟合公式计算Iλ是不现实的。另外探测器在X 光透镜出射焦平面处直接测量时会超过自身允许的计数范围，因此用测量谱进行计算也是不可能实现的。论文中对X 射线荧光强度理论计算公式进行了修改，引入Qλ代替Iλ进行计算很好地解决了原级谱的问题，为程序实现奠定了基础。 （2）因具有线性特征的X 射线原始谱经探测器接收并记录后变成具有高斯分布特征的仪器谱，所以导致仪器谱中相邻元素的部分特征高斯峰之间会相互重叠。例如，一个元素的Kβ峰和下一元素的Kα会有部分重叠。若不把这类影响从计数结果中消除掉会给结果引进很大误差。论文中采用类似剥谱法的方法对相邻元素的这种影响进行处理，最大程度上减小了这种误差。 （3）基于X 射线荧光强度的理论公式和基本参数法计算方法，用c++语言开发出微区X 射线分析仪的基本参数法定量分析程序。它能实现一次荧光强度、二次荧光强度、相对荧光强度、标样元素荧光强度和各种所需基本参数的理论计算，并顺利计算出待测元素含量结果。 （4）应用编制的程序对配制的合金样、类地质样和原生矿物的测量结果进行分析，得出定量分析的准确度。结果显示定量分析的效果很好，对各种样品分析的相对误差大多数在10％以内，同一样品中含量高的元素相对误差小，反之，含量低的元素相对误差偏大。对于复杂混合样品，由于基体效应较严重，元素的含量相对误差偏大，在10％和20％之间。从总体看该法能满足实际生产中在线分析的需要。 （5）对各种样品做精密度测量，从分析结果数据中得出样品中主要元素的相对标准误差都小于5％，含量较低的元素的相对标准误差也小于10％，稳定性较为理想。 基本参数法定量分析的最大优点是需标样少且制样简单。在计算时只需要输入测量到的各元素的荧光强度和几个计算参数就可以分析出各元素的含量，快速、简便、准确度高。实验结果数据表明，此基本参数法算法的研究和程序设计达到了预期目的，应用实验取得了较好的效果。该成果使微束微区X 射线探针分析仪在定量分析方面更加完善，为仪器的实际应用推广和应用领域的拓展奠定了良好的基础。因计算机技术的快速发展和实验方法的不断改进，各种基本参数准确度也越来越高，该法也正在被普遍使用，发挥出越来越大的作用。