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波長(cháng)色散X射線(xiàn)光譜分析儀中干擾譜線(xiàn)的來(lái)源及消除-華普通用

發(fā)表日期:2020/09/09 瀏覽次數:

在波長(cháng)色散X射線(xiàn)光譜分析儀中,由于譜線(xiàn)之前互相干擾比較少,并且減少這種干擾的方法較多,在多數情況下譜線(xiàn)干擾現象不是影響分析結果的主要因素。但是在某些情況如稀土化合物中稀土元素的測定中,譜線(xiàn)重疊現象仍然是嚴重的。這種干擾,輕則影響強度的確定,增加分析線(xiàn)強度測量的統計誤差,降低分析元素的測定靈敏度;重則是某些分析元素特別是微量元素無(wú)法準確測定。因此克服干擾譜線(xiàn)對于改善測定結果的準確度是十分必要的。


 一、干擾譜線(xiàn)的來(lái)源

XRF分為波長(cháng)色散和能量色散兩大分支,由于激發(fā)、色散和檢測方法不同,他們對譜線(xiàn)干擾的處理辦法有所不同。這里主要討論應用普通X光管激發(fā)的波長(cháng)色散X射線(xiàn)光譜分析儀法中的譜線(xiàn)干擾問(wèn)題。對于利用各種激發(fā)源的能散法,只作簡(jiǎn)單比較。為區別兩種方法的譜線(xiàn)干擾,分為稱(chēng)它們?yōu)椴ㄩL(cháng)干擾和能譜干擾。


 1)波長(cháng)干擾

所謂波長(cháng)干擾,指的是分析線(xiàn)或各種參比線(xiàn),受到x射線(xiàn)管、樣品和光路中發(fā)射出來(lái)的波長(cháng)相近譜線(xiàn)的干擾,這些波長(cháng)相近的譜線(xiàn),一般包括相干和不相干散射兩種。

 

 ①X射線(xiàn)管

由X射線(xiàn)管發(fā)射出來(lái)的干擾線(xiàn),首先,可能來(lái)自靶材本身,包括靶元素及有關(guān)雜質(zhì)(例如鎢靶中的銅)的發(fā)射線(xiàn),其次,在x射線(xiàn)管的長(cháng)期使用中,可能由于燈絲及其它有關(guān)構件(包括銀焊料)的升華噴濺或其它原因,造成靶面或管窗的玷污,也是產(chǎn)生干擾線(xiàn)的一種來(lái)源。再次,由于x射線(xiàn)管構件受激發(fā)或陰極電子束的不適當聚焦,也可能產(chǎn)生原級或次級的發(fā)射線(xiàn)。在現代結構合理的x射線(xiàn)管中,主要干擾線(xiàn)可能來(lái)自前者,后兩種原因一般不占顯著(zhù)地位。

 

②樣品

樣品中其它元素發(fā)射出來(lái)的干擾線(xiàn),主要是強度較大的圖表線(xiàn),多數非圖表線(xiàn)或禁戒線(xiàn)的強度都很低(除某些輕元素有較強的非圖表線(xiàn)外),并且很少造成對分析線(xiàn)或參比線(xiàn)的干擾其中由于圖表線(xiàn)造成的干擾,除稀土元素外,還有其它元素,突出的如Z=22(Ti)到26(Fe)等相鄰元素,它們的Kα和Kβ線(xiàn)之間的重疊也是很?chē)乐氐?。此外,不同譜系和不同反射級譜線(xiàn)之間的重疊,以及這些元素的Lβ1I和KβII線(xiàn)之間的重疊,也是很典型的。

 

除樣品本身產(chǎn)生的干擾線(xiàn)外,由于樣品晶態(tài)的變化,將對原級標識光譜的散射強度帶來(lái)顯著(zhù)的影響,這就是所謂樣品的衍射效應。以半導體硅片為例,單一晶態(tài)的硅樣品將對原級標識光譜產(chǎn)生勞厄衍射,而高度定向的多晶硅樣品,將對各種波長(cháng)原級入射線(xiàn)產(chǎn)生德拜-謝樂(lè )(Debye-Scherrer)衍射。如果這種多晶硅被制成粉狀樣品,或利用樣品旋轉器使它處在旋轉的狀態(tài),則在記錄紙上觀(guān)察到的只是由靶材發(fā)射出來(lái)的少數散射線(xiàn);如果樣品取的是多晶硅片,而且不用旋轉器,那么對于由鎢靶發(fā)出的Lβ2線(xiàn),當樣品面每轉動(dòng)12°(手動(dòng))后靜放時(shí),就可以在不同方位上,觀(guān)察到強度不同的或寬或窄的Lβ2峰。因此,對于多晶態(tài)樣品,當它固定在一定方位時(shí),從記錄紙上可以看到許多尖峰的出現。這些尖峰,就是由具有不同晶面間距d的晶面與人射線(xiàn)形成不同的衍射角,從而產(chǎn)生符合布拉格條件的衍射得來(lái)的。顯而易見(jiàn),這些尖峰的存在及其隨樣品方位的變化,將干擾分析線(xiàn)或參比線(xiàn)的強度測量。

 

③光路

由光路和晶體衍射過(guò)程可能帶來(lái)的譜線(xiàn)干擾,通常并不嚴重,但其來(lái)源則比較復雜。諸如,標本座及有關(guān)構件發(fā)射的次級光譜,樣品底座(如聚酯薄膜、離子交換樹(shù)脂和濾紙等)中痕量雜質(zhì)的次級光譜,由準直器金屬片發(fā)出的次級光譜,以及由晶體分析器產(chǎn)生的附加發(fā)射和異常發(fā)射等。


  2)能譜干擾

在各種探測器結合脈沖幅度分析器使用時(shí),對一定波長(cháng)的譜線(xiàn),將產(chǎn)生具有平均脈沖幅度正比于光子能量的脈沖幅度分布。這種脈沖幅度分布的能譜干擾,不只是來(lái)自激發(fā)源、樣品成光路中的干擾線(xiàn),也可能來(lái)自計數器的逃逸峰在氣體探測器中,決定于所充的情性氣體種類(lèi)(Ar、Kr或Xe等)及其能量分辨率;閃爍探測器則決定于閃爍體(NaI)產(chǎn)生的次級發(fā)射及探測器的分辨率;等等,同時(shí),在選擇脈沖幅度時(shí),還應注意脈沖幅度可能發(fā)生的漂移或畸變。

 

然而,在波長(cháng)色散X射線(xiàn)光譜分析儀中,使用脈沖幅度分析器,??珊芎玫叵叽渭壏瓷渚€(xiàn)的干擾。


 二、譜線(xiàn)干擾的消除

在X射線(xiàn)光譜法中,如上所述,譜線(xiàn)干擾的來(lái)源基本上可分為兩方面,即發(fā)生于儀器和樣品本身。屬于樣品中固有的干擾線(xiàn)除采用化學(xué)分離方法去除干擾元素外,有的也可以利用儀器方法來(lái)克服,或者進(jìn)行數學(xué)上的校正,現在,對以上兩種來(lái)源的干擾線(xiàn),如何從儀器上克服和進(jìn)行數學(xué)上的校正,分別討論如下:


 1)激發(fā)源

對于X射線(xiàn)管說(shuō)來(lái),可以根據可能產(chǎn)生譜線(xiàn)干擾的來(lái)源,更換適當靶材的x射線(xiàn)管,選擇足以抑制干擾譜線(xiàn)出現的管壓,將樣品屏蔽到較小的區域以減少強大的原級標識光譜的散射等。若還不能有效地克服來(lái)自激發(fā)源的干擾時(shí),有時(shí)也可以采用濾光片以消除干擾線(xiàn),或者以原級束照射能夠產(chǎn)生波長(cháng)略短于分析元素吸收限的次級靶,然后以次級靶作為試樣的激發(fā)源。

 

以上克服譜線(xiàn)干擾的各種方法,往往在不同程度上犧牲了分析線(xiàn)的強度,可是,由于消除或抑制了干擾線(xiàn),與此同時(shí)也在大多數情況下抑制了散射線(xiàn)本底的強度,因而常常不會(huì )影響到測定的靈敏度在波長(cháng)色散法中,它的主要缺點(diǎn)是,為積累足夠大的計數,需要耗費較長(cháng)的測量時(shí)間。在能量色散法中則不存在這個(gè)問(wèn)題,而且靈敏度也很高。


 2)分析晶體與光路

對一定結構的波長(cháng)色散X射線(xiàn)光譜分析儀說(shuō)來(lái),可以通過(guò)選擇適當的分析晶體,以消除存在于樣品中干擾元素的偶數級反射線(xiàn)對分析線(xiàn)(或參比線(xiàn))干擾。此外選擇分辨率高的分析晶體和準直器,有時(shí)也可以消除或減輕某些譜線(xiàn)的干擾。

 

其它的,在光路中可變 的部件就是標本座、樣品的薄膜底座和x射線(xiàn)束衰減 (減光板)等。有時(shí),還有可能用到濾光片,對于這些可變的部件,可以根據實(shí)際情況作出選擇,以便將譜線(xiàn)干擾限制在最低限度。


 3)探測和測量系統

盡可能選擇有利工作條件,以減少或消除上述激發(fā)源和光學(xué)系統無(wú)法消除的干擾譜線(xiàn)。
波長(cháng)色散X射線(xiàn)光譜分析儀


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