X射線熒光光譜分析

本書為《中國科學院研究生教學叢書》之一。本書系統地介紹了X射線熒光光譜分析的理論、測試技術和實際應用，以及近年來的重要進展。書中重點論述了波長色散和能量色散X射線熒光光譜所涉及的基本理論和實驗技術、理論強度計算公式、基體校正、樣品製備、定量分析和光譜儀結構性能等內容。此外，本書還對提出的半定量分析、薄膜和鍍層分析、不確定度評定、化學計量學研究在X射線光光譜分析中的應用及普通波長色散X射線熒光光譜儀在化學態分析中的應用領域作了專門論述。

第一篇 X射線熒光光譜基本原理

第一章 X射線物理學基礎

1·1 X射線的本質和定義

1·2 X射線光譜

1·3 莫塞萊定律

1·4 X射線與物質的相互作用

1·5 布拉格定律

1·6 俄歇效應和熒光產額

1·7 譜線分數

參考文獻

第二章 X射線熒光強度的理論計算

2·1 概述

2·2 激發因子

2·3 X光管原級譜的強度分佈和譜儀的幾何因子

2·4 一次(原級)熒光強度的計算

2·5 二次(次級)熒光強度的計算

2·6 三次(第三級)熒光強度的計算

2·7 X射線熒光相對強度理論計算的小結

參考文獻

第二篇 X射線熒光光譜儀的結構和性能

第三章 激發源和探測器

3·1 概述

3·2 激發源

3·3 探測器

參考文獻

第四章 波長色散X射線熒光光譜儀的結構和性能

4·1 概述

4·2 光源

4·3 原級譜濾光片

4·4 通道面罩和準直器

4·5 分光晶體

4·6 探測器

4·7 測角儀

4·8 脈衝高度分析器

4·9 系統軟件

4·10 波長色散X射線熒光光譜儀的性能測試方法

參考文獻

第五章 能量色散和全反射X射線熒光光譜儀

5·1 能量色散X射線熒光光譜儀

5·2 譜峯位和譜強度數據的提取

5·3 基體校正

5·4 全反射X射線熒光光譜儀

參考文獻

第三篇 X射線熒光光譜定性和定量分析

第六章 基本參數法和影響係數法

6·1 概述

6·2 元素間吸收增強效應

6·3 基本參數法

6·4 理論影響係數法

6·5 基本參數法和理論影響係數法的應用

6·6 經驗係數法

參考文獻

第七章 實驗校正法

7·1 校正曲線法

7·2 內標法

7·3 標準加入法和標準稀釋法

參考文獻

第八章 定性和半定量分析

8·1 概述

8·2 定性分析

8·3 半定量分析

參考文獻

第九章 定量分析

9·1 概述

9·2 波長色散譜儀定量分析條件的選擇

9·3 能量色散譜儀定量分析條件的選擇

9·4 校正曲線的制定

9·5 定量分析方法簡介

9·6 定量分析方法的準確度評價

9·7 儀器漂移的校正

參考文獻

第十章 薄膜和多層膜分析

10·1 薄試樣和厚試樣

10·2 單層和多層膜的熒光強度計算

10·3 非無限厚試樣的定量分析

參考文獻

第四篇 樣品製備和不確定度評定

第十一章 樣品製備

11·1 基本概念

11·2 樣品的預加工

11·3 固體樣品的製備方法

11·4 液體樣品的製備方法

11·5 富集技術在樣品製備中的應用

參考文獻

第十二章 不確定度評定

12·1 基礎知識

12·2 不確定度的評定

12·3 X射線熒光光譜定量分析中的不確定度來源

12·4 結語

參考文獻

第五篇 化學計量學和化學態分析

第十三章 化學計量學研究在X射線熒光分析中的應用

13·1 概述

13·2 基體校正方程與化學計量學之間的關係

13·3 偏最小二乘法

13·4 因子分析

13·5 模式識別

13·6 神經網絡

13·7 知識工程

參考文獻

第十四章 波長色散X射線熒光光譜儀在化學態分析中的應用

14·1 概述

14·2 高分辨率X射線熒光光譜儀

14·3 普通波長色散X射線熒光光譜儀分辨率的測定及改善

14·4 譜處理方法

14·5 X射線熒光光譜儀在化學態分析中的應用

附錄1 吸收限波長和臨界激發能量

附錄2 特徵X射線波長和能量

附錄3 輻射躍遷幾率

附錄4 K系伴線波長(A)

附錄5 熒光產額和Coster-Kronig躍遷幾率

附錄9 低能Kα線總質量吸收係數

附錄10 特徵X射線Siegbahn標識和IUPAC標識之間對應關係

利用初級X射線光子或其他微觀離子激發待測物質中的原子，使之產生熒光(次級X射線)而進行物質成分分析和化學態研究的方法。按激發、色散和探測方法的不同，分為X射線光譜法(波長色散)和X射線能譜法(能量色散)。

當原子受到X射線光子(原級X射線)或其他微觀粒子的激發使原子內層電子電離而出現空位，原子內層電子重新配位，較外層的電子躍遷到內層電子空位，並同時放射出次級X射線光子，此即X射線熒光。較外層電子躍遷到內層電子空位所釋放的能量等於兩電子能級的能量差，因此，X射線熒光的波長對不同元素是特徵的。

根據色散方式不同，X射線熒光分析儀相應分為X射線熒光光譜儀(波長色散)和X射線熒光能譜儀(能量色散)。

X射線熒光光譜儀主要由激發、色散、探測、記錄及數據處理等單元組成。激發單元的作用是產生初級X射線。它由高壓發生器和X光管組成。後者功率較大，用水和油同時冷卻。色散單元的作用是分出想要波長的X射線。它由樣品室、狹縫、測角儀、分析晶體等部分組成。通過測角器以1∶2速度轉動分析晶體和探測器，可在不同的布拉格角位置上測得不同波長的X射線而作元素的定性分析。探測器的作用是將X射線光子能量轉化為電能，常用的有蓋格計數管、正比計數管、閃爍計數管、半導體探測器等。記錄單元由放大器、脈衝幅度分析器、顯示部分組成。通過定標器的脈衝分析信號可以直接輸入計算機，進行聯機處理而得到被測元素的含量。

X射線熒光能譜儀沒有複雜的分光系統，結構簡單。X射線激發源可用X射線發生器，也可用放射性同位素。能量色散用脈衝幅度分析器。探測器和記錄等與X射線熒光光譜儀相同。

X射線熒光光譜儀和X射線熒光能譜儀各有優缺點。前者分辨率高，對輕、重元素測定的適應性廣。對高低含量的元素測定靈敏度均能滿足要求。後者的X射線探測的幾何效率可提高2～3數量級，靈敏度高。可以對能量範圍很寬的X射線同時進行能量分辨(定性分析)和定量測定。對於能量小於2萬電子伏特左右的能譜的分辨率差。

X射線熒光分析法用於物質成分分析，檢出限一般可達10-5～10-6克/克(g/g)，對許多元素可測到10-7～10-9g/g，用質子激發時，檢出可達10-12g/g；強度測量的再現性好；便於進行無損分析；分析速度快；應用範圍廣，分析範圍包括原子序數Z≥3的所有元素。除用於物質成分分析外，還可用於原子的基本性質如氧化數、離子電荷、電負性和化學鍵等的研究。