1、X 射线荧光分析仪的应用【摘要】随着科技的发展，我国的科学技术有了飞速的发展，越来越多的新技术与新的科技设备不断的涌现，而且这些新技术与新设备都得到了广泛的应用。X 射线荧光分析仪作为一个新的科学设备也得到了广泛的应用。而 X 射线荧光分析仪的广泛应用也给一些领域带来了方便。本文基于此对 X 射线荧光分析仪的应用进行了研究。 【关键词】X 射线荧光分析仪 领域应用 中图分类号： O657.34 文献标识码： A 文章编号： X 射线荧光就是被分析样品在 X 射线照射下发出的 X 射线，它包含了被分析样品化学组成的信息，通过对上述 X 射线荧光的分析确定被测样品中各组份含量的仪器就是 X 射线荧
2、光分析仪。不同元素发出的特征 X射线能量和波长各不相同，因此通过对 X 射线的能量或者波长的测量即可知道它是何种元素发出的，进行元素的定性分析。同时样品受激发后发射某一元素的特征 X 射线强度跟这元素在样品中的含量有关，因此测出它的强度就能进行元素的定量分析。 一、X 射线荧光分析仪的工作原理 荧光，顾名思义就是在光的照射下发出的光。从原子物理学的知识可以知道，对每一种化学元素的原子来说，都有其特定的能级结构，其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，内层电子在足够能量的 X 射线照射下脱离原子的束缚，成为自由电子，原子被激发了，处于激发态，这时，其他的外层电子便会填补这一空位，也就
3、是所谓跃迁，同时以发出 X 射线的形式放出能量。由于每一种元素的原子能级结构都是特定的，它被激发后跃迁时放出的 X 射线的能量也是特定的，称之为特征 X 射线。通过测定特征 X 射线的能量，便可以确定相应元素的存在，而特征 X 射线的强弱（或者说 X 射线光子的多少）则代表该元素的含量。根据量子力学知识可以知道，X 射线具有波粒二象性，既可以看作粒子，也可以看作电磁波。看作粒子时的能量和看作电磁波时的波长有着一一对应关系。这就是著名的普朗克公式：E=hc/。显然，无论是测定能量，还是波长，都可以实现对相应元素的分析，其效果是完全一样的 二、X 射线荧光分析仪的应用 1、X 射线荧光分析仪在冶金
4、工业中的应用 冶金工业中，冶炼过程中使用的石灰石、白云石、萤石等原料，及冶炼后期产生的精炼渣等，这些原料及精炼渣化学成分的含量，是钢铁在冶炼过程中配比计算的依据。在生产中要随时掌握原料化学成分的波动情况，及时调整配比，这样才能为炼出合格钢材产品打下坚实的基础。所谓品种钢，其化学成分含量反映的就是此钢材的物理性质和化学稳定性，因此，在冶金工业中，应用 X 射线荧光分析仪对原料石灰石、萤石、白云石等，和精炼渣等进行定量及半定量分析，及时、准确的给出分析结果非常重要。 传统上对硅砂、白云石、等物质进行化学成分分析时，一般都是采用化学分析方法。化学分析方法的样品处理过程比较繁琐，操作步骤多、工作量大、
5、比较容易产生人为误差，并且处理过程耗费时间长，尤其是要对原料和玻璃进行全面的成分分析时，需要 1 至 2 天甚至更长的时间才可以得出结果，造成进厂原料到货要花约一天的时间静候化验结果。另一方面，原料、产品的分析结果滞后于生产。若改用仪器分析，则可提高检测效率，并且操作简单，结果精确，可减免操作过程中引入的人为误差。 X 射线荧光光谱分析方法具有分析速度快、操作方法简单、精确度高、分析范围广等优点，近年来广泛地应用在钢铁、冶金、地质等方面。在冶金工业中，尤其适用于冶炼过程原材料中常见元素C、SI、MN、P、S、V、CA、FE、MG、AL 等及其氧化物的分析。准确度能够满足炼钢生产的需要。由于分析
6、速度快，对控制生产、监督生产、提高产品质量起到很大的作用。除了应用于冶炼过程中原材料化学成分的分析外，X 射线荧光分析仪还可应用于玻璃、硅砂、白云石等岩石矿物的成分分析。下面以对硅砂和玻璃中成分的检测为例进行说明。 应用 X 射线荧光分析仪，测定硅砂原料的Al2O3、Fe2O3、TiO2、K2O，以及玻璃产品的SiO2、Al2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、TiO2、Fe2O3、SO3，从样品制作到得出分析结果，所需时间不到 1 h，操作简单，方便快捷，减少人为误差，结果准确，误差少，精确度高，解决了分析结果滞后于生产的矛盾，有利于生产上的控制、监督、提高产品质量，满足工业的生产需要。
7、测定的样品的精密度表如下。 2、X 射线荧光分析仪在地质分析领域中的应用 海底 X 射线荧光探测系统是以新型电致冷 Si-PIN 半导体探测器为 X 射线探测器，以放射性同位素源为 X 射线荧光激发源，在无液氮冷却条件下，能够在水深小于 1000m 的海底对沉积物实现原位测量。该探测系统可定量测定元素周期表中从 Si ( 14) 到 U ( 92) 之间的元素；且一次测量可以同时完成 5 种以上，甚至多达十余种元素的定性、定量测定。该系统解决了实际工作中液氮不间断供应难题，在室温下能够实现高灵敏度的多元素原位测定工作。 为适应地质大调查的需要而研制了新一代的小型化管激发 X 射线荧光测量仪。该
8、仪器采用了低功率小型 X 射线管及 35kV 高压电源构成的可控 X 射线源，小型低功耗电致冷 Si- PIN 半导体探测器，袖珍型计算机为工作平台构成 X 射线荧光能谱分析系统，根据工作环境的要求，在驻地可直接使用笔记本微机，使其功能强大，直接成图成像及解释。在野外使用掌上电脑，实现仪器的便携化及原位测量。分析元素范围可从S( Z= 16) 至 U ( Z= 92) ，检出限为 1/ 106 1/ 105，可用于地质矿产调查、大比例尺化探测量、环境调查、工业、考古等领域。 一种新型高灵敏度便携式 X 射线荧光( XRF) 分析仪基于电致冷 Si- PIN 半导体 X 射线探测器和微机多道谱仪
9、系统，对铜、锌、砷等元素的分析检出限为 10，适用于野外现场的天然岩石、土壤和水系沉积物的多元素含量的定量测定，以及工业原料、半成品、产品快速分析。 新一代 2048 道 X 射线荧光( XRF) 分析仪是以 Amptek 公司研发的Si- PIN 电致冷半导体探测器为 X 射线探测器，以放射性同位素源为 X 射线荧光激发源；采用 16 位高速 ADC 以及最新推出的 EZ- USB 系列控制器来架构多道脉冲幅度分析器；主机采用超薄型简化配置的笔记本计算机。在野外或室内无液氮冷却的条件下都能够实现对矿物等待测样品的测定， 且一次可以对十余种元素进行定性、定量分析。 3、X 射线荧光分析仪在矿山
10、开采中的应用 长期以来，在矿山的开采工作中，主要是通过测量矿石品位来圈定矿体，达到正确开采，合理配矿，从而指导生产的目的。随着新一代 X 射线荧光分析仪的研究与推广，新一代高分辨率 X 射线荧光分析仪可以快速测定铜矿中铜元素品位。下面以对不同品味铜的样品的分析数据进行说明。下面是部分原铜矿测量结果对比表。 上表中，与化学分析的结果相比，通过荧光分析所测结果的相对误差的最小值为 0.1403%，准确性已经很高，且最高相对误差也只有6.1658%。其中相对误差在 5%以内的样品占总数的 90%以上。通过数据分析可见，X 光管作为激发源的荧光分析法对铜矿不同品味段样品的测量结果和分析结果基本吻合，在
11、一定程度上确保了两种分析对比样品的同一性，使分析结果真正具有可比性。 X 荧光分析仪选用 X 光管作为激发源最大的优点在于其可调性。在激发条件的选择方面，通过理论分析和实验得出，净峰面积随着管压和管流的增大而增大。然而，峰背比在较低的管压和管流的条件下比值较高，但是变化趋势不明显。由此得出铜元素的最佳激发条件。X 荧光分析仪在铜矿中应用中，相对误差在 115 以下，如果要更加准确的测量铜品位，就需要对仪器设备进行精确地改良。 总结 随着科技的发展，我国的科学技术有了飞速的发展，越来越多的新技术与新的科技设备不断的涌现，而且这些新技术与新设备都得到了广泛的应用。X 射线荧光分析仪是根据 X 射线
12、荧光的分析确定被测样品中各组份含量的仪器。而 X 射线荧光分析仪作为一个新的科学设备也得到了广泛的应用。而 X 射线荧光分析仪的广泛应用也给一些领域带来了方便。参考文献 1 苏丹丹。 X 射线荧光分析用生料标准样品的制备J. 水泥. 2010(06) 2 宋子新。 MXF 荧光分析仪在水泥生产中的应用J. 水泥. 2008(11) 3 俞淑莺。 X 荧光分析仪在水泥生料质量控制中的应用J. 水泥. 1987(10) 4 聂兴素。 荧光分析仪的使用与体会J. 四川水泥. 2009(04) 5 黄晓萍。 Venus200 X 荧光分析仪的制样方法和标样的制备及其维护J. 水泥工程. 2010(05) 6 孙雪琴。 X 射线荧光光谱分析中熔融片制样法的准确性J. 新世纪水泥导报. 2006(03)
