无标样X射线荧光光谱仪定量分析研究

摘要

X射线荧光光谱分析(X-ray fluorescence analysis，XRFA)法是化学元素分析方法中仪器分析的一种，利用X射线管发出的一次X射线激发样品，使样品根据所含元素辐射特征荧光X射线，也就是所谓的二次X射线，最后通过检测该二次X射线的波长和强度可分别实现对样品中所含元素的定性和定量分析。X射线荧光光谱分析是目前材料化学元素分析方法中发展最快、应用领域最广、最常用的分析方法之一，并在常规生产中很大程度上取代了传统的湿法化学分析。
　　影响XRF定量分析精确度的因素有很多，其中最主要的影响来自可分为吸收效应和增强效应的基体效应。若对样品直接进行检测，所得结果通常不可避免的会受到基体效应的干扰而最终影响XRF定量分析的精度。为了得到准确的定量分析值，必须消除由基体效应带来的影响，通常的做法是对直接检测结果作进一步的复杂校正，即所谓的基体校正。主要有数学校正和实验校正两种。
　　本论文主要介绍X射线荧光光谱分析法的产生历史、影响因素、研究现状以及基本原理，针对本实验室与北京普析仪器公司联合研发的全反射XRF谱仪，采用VC6.0中的MFC平台开发了一款光谱数据处理软件，实现了光谱定标、寻峰、分峰和峰强计算等功能，大大简化了XRF光谱数据的处理工作。在此基础上，我们提出了一种XRF定量分析的新方法，首先通过将待测块体样品制备成薄膜样品以消除基体效应对定量分析结果的干扰，并综合考虑X射线管发出的一次X射线中韧致辐射部分对各元素的激发量、元素的吸收曲线以及元素的荧光产额等因素最终求得薄样中的元素组分比，从而最终推得样品中各组分的含量。通过对不锈钢样品、五角硬币样品以及CdTe等块体样品和CdTe薄膜样品的分析测试，结果表明：当不考虑射线源的背景韧致辐射激发而直接得出的块体样品XRF定量分析结果偏离真实值比较大，考虑了背景韧致辐射并对结果进行了一次修正后定量分析结果有所改善，当最终将块体样品制备成薄膜样品后，由于样品厚度较小时基体效应的消除，使得XRF定量分析结果能非常准确地反应出块体样品中的元素组成比。由此说明，我们提出的XRF定量分析新方法是可行的。本方法的关键是必须采用能保证原样品组分的方法来制备薄膜样品(如PLD法)以获得厚度较小且成分与块体样品十分接近的薄膜样品。本方法的优点明显，不但可以避免复杂的基体校正而得出较准确的XRF定量分析结果，而且可以避免复杂的样品制备以及制备过程中的污染，更重要的是提高了XRF定量分析准确性。同时，由于制样快速，可以大大提高检测速度。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 XRF技术产生和发展历史

1.2 影响X射线荧光光谱技术定量分析精度的因素

1.2.1 谱线干扰

1.2.2 环境气体的干扰

1.2.3 基体的影响

1.3 常用仪器分析定量分析方法

1.3.1 X射线光电子能谱法(XPS)

1.3.2 俄歇电子能谱法(AES)

1.3.3 二次离子质谱法(SIMS)

1.3.4 能量散射X射线光谱法(EDAX)

1.3.5 激光诱导击穿光谱法(LIBS)

1.3.6 X射线荧光光谱分析法(XRF)

1.4 本课题研究的内容及研究意义

第2章 X射线荧光光谱分析原理

2.1 X射线和X射线荧光光谱的基本理论

2.1.1 X射线和X射线光谱

2.1.2 特征荧光X射线

2.1.3 X射线的吸收和散射

2.2 波长色散X射线荧光光谱仪

2.2.1 激发系统

2.2.2 分光系统

2.2.3 探测系统

2.3 X射线荧光光谱分析

2.4 X射线荧光光谱技术的特点

2.5 本章小结

第3章 X射线荧光光谱定量分析方法的研究

3.1 背景介绍

3.2 提高定量分析精度的方法

3.2.1 样品处理

3.2.2 光谱分析

3.3 本章小结

第4章 X射线荧光光谱实验设计

4.1 实验装置

4.1.1 X射线管

4.1.2 X射线光路

4.1.3 SDD探测器

4.2 样品及制备方法

4.2.1 实验样品：

4.2.2 薄膜样品制备

4.3 光谱分析软件设计

4.3.1 总体设计

4.3.2关键技术

4.3.3 软件界面及功能介绍

4.4 本章小结

第5章 样品的检测分析

5.1 序言

5.2 块体样品的检测

5.2.1 不锈钢的检测

5.2.2 五角硬币的检测

5.2.3 CdTe靶材的检测

5.3 CdTe薄膜的检测

5.4 本章小结

第6章 结论

致 谢

参考文献

附 录