能量色散x荧光光谱仪测试方法

能量色散X射线荧光光谱仪（EDXRF）测试方法详解

能量色散X射线荧光光谱仪（EDXRF）作为一种快速、无损的元素分析技术，在实验室、科研、检测及工业领域得到了广泛应用。其核心原理是通过激发样品中的原子发射出特征X射线，并根据这些X射线的能量进行定性分析，再结合强度信息进行定量分析。掌握其测试方法，对于确保数据准确性和提高分析效率至关重要。

样品制备：精细操作是基础

EDXRF的测试结果很大程度上取决于样品制备的质量。针对不同形态的样品，需要采取相应的制备策略：

• 固体样品：
  • 粉末样品： 最常用的方法是压片。将约2-5克样品与适量粘结剂（如硼酸、蜡）混合后，在专用压片机下加压（通常为15-30 MPa），制成厚度均匀、表面光滑的圆片。对于难以压片的样品，也可采用熔融制样（如与助熔剂如LiBO2混合后熔融）或薄膜制备法。
  • 块状或异形样品： 需进行精细研磨，使其成为粒度小于75微米的细粉，然后按照粉末样品方法制备。若样品本身较小，可直接放置于样品台上，但需注意其表面平整度和与探测器的距离。
  
  
• 液体样品：
  • 直接测试： 对于某些溶剂（如水）基体，可直接将样品置于专用液体样品池中进行测试。
  • 薄膜法： 将一定体积的液体样品滴加在薄膜（如聚酯薄膜、聚丙烯薄膜）上，自然晾干或烘干后进行测试。此法适用于低浓度样品，可提高检出限。
  
  
• 薄膜样品：
  • 直接放置于样品台上进行测试，确保其平整度和与探测器的良好接触。
  
  

测试方法：从参数设置到数据解读

EDXRF测试的成功，离不开对仪器参数的精确设置和对测试过程的严格控制。

1. 仪器参数设置

• X射线管参数：
  • 管电压（kV）： 根据样品中主要元素的原子序数选择。一般而言，轻元素需要较低的管电压（如20-30 kV），而重元素则需要较高的管电压（如40-50 kV）。
  • 管电流（mA）： 影响X射线强度，从而影响信噪比。通常根据样品基体和目标元素灵敏度进行选择，例如，对于痕量分析，可能需要较高的管电流（如500-1000 μA），而对于常量分析，则可适当降低。
  • 靶材： 常用的有Rh、W、Mo等。Rh靶材因其宽泛的激发能力，在通用分析中应用最广。
  
  
• 滤波器： 用于选择性地增强或衰减特定能量的X射线，以提高信噪比和减少基体效应。例如，厚铜滤波器可用于衰减低能量X射线，提高高能量X射线信号。
• 计数时间： 影响总测量精度。一般而言，计数时间越长，统计误差越小，但也会增加分析时间。需根据分析精度要求和样品特性来确定。对于痕量分析，通常需要较长的计数时间，例如300-600秒。
• 样品台位置： 确保样品与探测器之间保持恒定的距离，并处于最佳聚焦位置。
• 真空度（若有）： 对于低能X射线的分析，维持高真空度可以显著减少X射线的衰减，提高灵敏度。

2. 定性分析

通过扫描样品在不同能量区域的X射线荧光光谱，识别出各个元素对应的特征谱峰。这通常通过将测量到的谱图与标准谱图数据库进行比对来实现。

• 主要谱线： Kα、Kβ、Lα、Lβ等。
• 谱峰识别： 仪器软件会自动识别谱峰并给出可能的元素归属。

3. 定量分析

定量分析依赖于元素特征X射线谱峰的强度与元素含量之间的关系。

• 标准曲线法：
  • 单元素标准： 制备一系列已知浓度的目标元素标准溶液或固体标准样品，测试并建立特征谱峰强度与含量之间的线性关系。
  • 多元素标准： 对于混合样品，可采用多元素标准样品，建立多变量回归模型，考虑元素间的相互影响。
  
  
• 基体效应校正法： 考虑样品基体对X射线荧光产额的影响，例如吸收和增强效应。常用的校正模型有：
  • λ/ρ法： 基于吸收系数和样品密度。
  • Fundamental Parameter法（基本参数法）： 利用X射线管输出、样品基体成分、激发和发射角度等参数进行理论计算。
  • Alpha系数法： 通过实验测定样品中各元素间的相互影响系数。
  
  

数据举例：

对某矿石样品进行分析，使用Rh靶材，管电压40 kV，管电流600 μA，计数时间400秒。

总结

EDXRF测试方法是一个系统性的过程，从精细的样品制备，到严谨的仪器参数设置，再到准确的谱峰识别和定量计算，每一个环节都至关重要。熟练掌握并灵活运用这些测试方法，将有助于您在实际工作中获得可靠、准确的元素分析数据。