一、实验目的
1.了解X射线荧光光谱仪的结构和工作原理；
2.掌握X射线荧光分析法用于物质成分分析方法和步骤；
3.用X荧光分析方法确定样品中的主要成分。
二、实验原理
利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光(次级X射线)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。按激发、色散和探测方法的不同，分为X射线光谱法(波长色散)和X射线能谱法(能量色散)。
三、实验仪器
| X射线荧光分析仪 | |||
| 序号 | 仪器名称 | 仪器型号 | 件数 |
| 1 | Si(Li)探测器 | SLP-10-190P | 1 |
| 2 | 高压电源 | ORTEC 556 | 1 |
| 3 | 55FeX射线源 | 几十微居 | 1 |
| 4 | 238Pu激发源 | 毫居级 | 1 |
| 5 | 能谱放大器 | CANBERRA 2026 | 1 |
| 6 | 微机 | 组装 | 1 |
| 7 | 多功能多道卡 | ORTEC 8K | 1 |
| 8 | 测量架 | 加工 | 1套 |
| 9 | 分析用标准样品 | 配置 | 1套 |
| 10 | 二维步进电机控制器 | SC－2B | 1 |
| 11 | 超薄电控平移台 | TAS30C | 1 |
（一）实验参数选择
1. 阳极靶的选择：
选择阳极靶的基本要求：尽可能避免靶材产生的特征X射线激发样品的荧光辐射，以降低衍射花样的背底，使图样清晰。不同靶材的使用范围见表1-1。
表1-1 不同靶材的使用范围
| 靶的材料 | 经常使用的条件 |
| Cu | 除了黑色金属试样以外的一般无机物、有机物 |
| Co | 黑色金属试样（强度高，但背底也高，最好计数器和单色器联用） |
| Fe | 黑色金属试样（缺点是靶的允许负荷小） |
| Cr | 黑色金属试样（用于应力测定） |
| Mo | 测定钢铁试样或利用透射法测定吸收系数大的试样 |
| W | 单晶的劳厄照相 |
X射线衍射所能测定的d值范围，取决于所使用的特征X射线的波长。X射线衍射所需测定的d值范围大都在1nm至0.1nm之间。为了使这一范围内的衍射峰易于分离而被检测，需要选择合适波长的特征X射线。详见表1-2。一般测试使用铜靶，但因X射线的波长与试样的吸收有关，可根据试样物质的种类分别选用Co、Fe，或Cr靶。此外还可选用钼靶，这是由于钼靶的特征X射线波长较短，穿透能力强，如果希望在低角处得到高指数晶面衍射峰，或为了减少吸收的影响等，均可选用钼靶。
表1-2 不同靶材的特征X射线波长
| 元素 | 原子序数 | 波长() | 激发电压（kv） | |||
| Cu | 29 | 1.54050 | 1.54434 | 1.5418 | 1.39217 | 8.68 |
| Co | 27 | 1.780 | 1.79279 | 1.7902 | 1.62076 | 7.71 |
| Fe | 26 | 1.93597 | 1.93991 | 1.9373 | 1.75654 | 7.10 |
| Cr | 24 | 2.271 | 2.29361 | 2.2910 | 2.08487 | 5.98 |
| Ni | 28 | 1.65783 | 1.66168 | 1.6591 | 1.39217 | 3.29 |
工作电压设定为3～5倍的靶材临界激发电压。选择管电流时功率不能超过X射线管额定功率，较低的管电流可以延长X射线管的寿命。
X射线管经常使用的负荷(管压和管流的乘积)选为最大允许负荷的80％左右。但是，当管压超过激发电压5倍以上时，强度的增加率将下降。所以，在相同负荷下产生X射线时，在管压约为激发电压5倍以内时要优先考虑管压，在更高的管压下其负荷可用管流来调节。靶元素的原子序数越大，激发电压就越高。由于连续X射线的强度与管压的平方呈正比，特征X射线与连续X射线的强度之比，随着管压的增加接近一个常数，当管压超过激发电压的4～5倍时反而变小，所以，管压过高，信噪比P/B将降低，这是不可取得的。具体数据见表1-3：衍射仪测试条件参数选择。
表1-3 衍射仪测试条件参数选择
| 目的 条件 | 未知式样的简单相分析 | 铁化合物的相分析 | 有机高分子测定 | 微量项分析 | 定 量 | 点阵参数确定 |
| 靶 | Cu | Cr,Fe,Co | Cu | Cu | Cu | Cu,Co |
| Kβ滤波片 | Ni | V,Mn,Fe | Ni | Ni | Ni | Ni,Fe |
| 管 压（KV） | 35~45 | 30~40 | 35~45 | 35~45 | 35~45 | 35~45 |
| 管 流（mA） | 30~40 | 20~40 | 30~40 | 30~40 | 30~40 | 30~40 |
| 扫描速度（°/min） | 2，4 | 2,4 | 1,2 | 1/2,1 | 1/4,1/2 | 1/8~1/2 |
| 发散狭缝DS（°） | 1 | 1 | 1/2,1 | 1 | 1/2,1,2 | 1 |
| 接受狭缝（mm） | 0.3 | 0.3 | 0.15,0.3 | 0.3,0.6 | 0.15,0.3,0.6 | 0.15,0.3 |
| 扫描范围（°） | 90（70）~2 | 120~10 | 60~2 (50~10) | 90（70）~2 | 需要的衍射线 | 尽可能高角的衍射线 |
Z滤 Z靶>40,Z滤=Z靶－2 4. 扫描范围的确定 不同的测定目的，其扫描范围也不同。当选用Cu靶进行无机化合物的相分析时，扫描范围一般为90°～2°（2θ）；对于高分子，有机化合物的相分析，其扫描范围一般为60～2°；在定量分析、点阵参数测定时，一般只对欲测衍射峰扫描几度。 5. 扫描速度的确定 常规物相定性分析常采用每分钟2°或4°的扫描速度，在进行点阵参数测定，微量分析或物相定量分析时，常采用每分钟1/2°或1/4°的扫描速度。 （二）样品制备 X射线衍射分析的样品主要有粉末样品、块状样品、薄膜样品、纤维样品等。样品不同，分析目的不同（定性分析或定量分析），则样品制备方法也不同。 1. 粉末样品 X射线衍射分析的粉末试样必需满足这样两个条件：晶粒要细小，试样无择优取向(取向排列混乱)。所以，通常将试样研细后使用，可用玛瑙研钵研细。定性分析时粒度应小于40微米(350目)，定量分析时应将试样研细至10微米左右。较方便地确定10微米粒度的方法是，用拇指和中指捏住少量粉末，并碾动，两手指间没有颗粒感觉的粒度大致为10微米。 常用的粉末样品架为玻璃试样架，在玻璃板上蚀刻出试样填充区为20×18平方毫米。玻璃样品架主要用于粉末试样较少时(约少于500立方毫米)使用。充填时，将试样粉末一点一点地放进试样填充区，重复这种操作，使粉末试样在试样架里均匀分布并用玻璃板压平实，要求试样面与玻璃表面齐平。如果试样的量少到不能充分填满试样填充区，可在玻璃试样架凹槽里先滴一薄层用醋酸戊酯稀释的火棉胶溶液，然后将粉末试样撒在上面，待干燥后测试。 2. 块状样品 先将块状样品表面研磨抛光，大小不超过20×18平方毫米,然后用橡皮泥将样品粘在铝样品支架上，要求样品表面与铝样品支架表面平齐。 3. 微量样品 取微量样品放入玛瑙研钵中将其研细，然后将研细的样品放在单晶硅样品支架上（切割单晶硅样品支架时使其表面不满足衍射条件），滴数滴无水乙醇使微量样品在单晶硅片上分散均匀，待乙醇完全挥发后即可测试。 4. 薄膜样品制备 将薄膜样品剪成合适大小，用胶带纸粘在玻璃样品支架上即可。 （三）样品测试 1. 开机前的准备和检查 将制备好的试样插入衍射仪样品台，盖上顶盖关闭防护罩；开启水龙头，使冷却水流通；X光管窗口应关闭，管电流管电压表指示应在最小位置；接通总电源。 2. 开机操作 开启衍射仪总电源，启动循环水泵；待数分钟后，打开计算机X射线衍射仪应用软件，设置管电压、管电流至需要值，设置合适的衍射条件及参数，开始样品测试。 3. 停机操作 测量完毕，关闭X射线衍射仪应用软件；取出试样；15分钟后关闭循环水泵,关闭水源；关闭衍射仪总电源及线路总电源。 4. 数据处理 测试完毕后，可将样品测试数据存入磁盘供随时调出处理。原始数据需经过曲线平滑，谱峰寻找等数据处理步骤，最后打印出待分析试样衍射曲线和d值、2θ、强度、衍射峰宽等数据供分析鉴定。 五、实验现象及结果处理下载本文
