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1、上海光源X射線成像講習班2013年10月23-25日日上海日上海X射線熒光成像鄧鄧彪鄧彪上海光源國家科學中心先進成像實驗室目錄X射線熒光光譜基本原理ＸＸ射線熒光成像Ｘ射線熒光成像Ｘ射線熒光mappingX射線熒光CT上海光源成像線站ＸＸ射線熒光成像系統(tǒng)Ｘ射線熒光成像系統(tǒng)實驗裝置重建算法實驗操作X射線熒光光譜基本原理粒子束與原子相互作用的物理圖像。MX-ray(Augere-)LK粒子束靶原子ElectronX射線熒光的產(chǎn)生當試樣受到x射線、高能粒子束、紫外光等照射時，由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞，將原子內(nèi)層電子逐出形
2、成空穴，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)離子壽命很短，當外層電子向內(nèi)層空穴躍遷時，多余的能量即以x射線的形式放出，并在外層產(chǎn)生新的空穴和產(chǎn)生新的x射線發(fā)射，這樣便產(chǎn)生一系列的特征x射線。莫斯萊定律1913年年，年，，英國物理學家莫斯萊，英國物理學家莫斯萊(Moseley)就詳細研究了不同元素的特征X射線譜,依據(jù)實驗結(jié)果確立了原子序數(shù)Z與X射線波長之間的關(guān)系。。這就是莫斯萊定律。這就是莫斯萊定律：不同的元素具有不同的特征X射線，，根據(jù)特征譜線的，根據(jù)特征譜線的波長，，可以判斷元素的存在，可以判斷元素的存在，，即，即定性分析。根據(jù)譜線的強度
3、，，可以進行，可以進行定量分析。特征X射線線系并不是對應于所有能級組合的譜線都能出現(xiàn)，，而是必須遵，而是必須遵守電子躍遷的選擇定則進行躍遷遷，遷，，才能輻射出特征，才能輻射出特征X射線。?n=1的躍遷產(chǎn)生的線系命名為α線系，?n=2的躍遷產(chǎn)生的線系命名為β線系，，依次類推，依次類推。各系譜線產(chǎn)額依K，L，M系順序遞減，，因此原子序數(shù)，因此原子序數(shù)<55的元素通常選K系譜線做為分析線，，原子序數(shù)，原子序數(shù)>55的元素，，選，選L系譜線做為分析線。X射線熒光光譜分析的基本原理試樣受X射線照射后，，其中各元素原子的內(nèi)殼層，其中各元素原子
4、的內(nèi)殼層（K，L或M層層）層））電子被激發(fā)逐出原子而引起電子躍遷）電子被激發(fā)逐出原子而引起電子躍遷，，并發(fā)射出該，并發(fā)射出該元素的特征X射線熒光。。每一種元素都有其特定波長的特征。每一種元素都有其特定波長的特征X射線。通過測定試樣中特征X射線的波長，便可確定存在何種元素素，素，，即為，即為X射線熒光光譜定性分析。元素特征X射線的強度與該元素在試樣中的原子數(shù)量（（即（即含量））成比例）成比例，，因此，因此，，通過測量試樣中某元素特征，通過測量試樣中某元素特征X射線的強度，，采用適當?shù)姆椒ㄟM行校準與校正，采用適當?shù)姆椒ㄟM行校準與校正，，便
5、可求出該元素在，便可求出該元素在試樣中的百分含量，，即為，即為X射線熒光光譜定量分析。X射線熒光光譜分析的特點?分析元素范圍廣：Be—U?測量元素含量范圍寬寬：寬：：痕量：痕量—100%?分析試樣物理狀態(tài)不做要求，固體、粉末、晶體、非晶體均可。?不受元素的化學狀態(tài)的影響。?屬于物理過程的非破壞性分析，，試樣不發(fā)生化學變，試樣不發(fā)生化學變化的無損分析。?可以進行均勻試樣的表面分析。X射線熒光光譜的應用廣泛應用于地質(zhì)、、冶金、冶金、、礦山、礦山、、電子機械、電子機械、、石油、石油、、化工、化工、、航、航空航天材料、、農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)、、生態(tài)環(huán)境、生
6、態(tài)環(huán)境、、建筑材料、建筑材料、、商檢等領(lǐng)域的材料化、商檢等領(lǐng)域的材料化學成分分析。直接分析對象:固體:塊狀樣品(規(guī)則,不規(guī)則)比如:鋼鐵,有色行業(yè)(純金屬或多元合金等),金飾品等固體:線狀樣品,包括線材,可以直接測量固體:鉆削,不規(guī)則樣品,可以直接測量粉末:礦物,陶瓷,水泥(生料,熟料,原材料,成品等),泥土,粉末冶金,鐵合金或少量稀松粉末,可以直接測量;亦可以壓片測量或制成玻璃熔珠稀土同步輻射X射線熒光分析同步輻射X射線熒光分析法是在傳統(tǒng)的X射線熒光分析法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用同步輻射光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的X光源作為激發(fā)源。同步輻射
7、光源具高強度、高極化性和天然準直等特點，使用它激發(fā)的X射線熒光分析具有比傳統(tǒng)X光源或電子束激發(fā)的X射線熒光分析高靈敏度和高空間分辨，可以說同步輻射源是X射線熒光分析最理想的激發(fā)源。XX射線、、質(zhì)子、質(zhì)子、、電子、電子熒光分析比較第三代同步輻射裝置上的X射線微探針利用單色光可達到10-15克的元素探測靈敏度。同步輻射X射線微探針的元素探測限比PIXE低得多，探測結(jié)構(gòu)的靈敏度比電子衍射高得多。目錄X射線熒光光譜基本原理ＸＸ射線熒光成像Ｘ射線熒光成像Ｘ射線熒光mappingX射線熒光CT上海光源成像線站ＸＸ射線熒光成像系統(tǒng)Ｘ射線熒光成
8、像系統(tǒng)實驗裝置實驗操作數(shù)據(jù)處理X射線熒光成像1)硬X射線熒光微探針（mapping掃描成像）用聚焦極細的X射線轟擊樣品的表面，并根據(jù)微區(qū)內(nèi)所發(fā)射出X射線的波長（或能量）和強度進行定性和定
