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X射线技术分类

X射线技术在材料分析中的应用非常广泛,我们以X射线的散射和吸收两大特性来分类。


SAXSSmall angle X-ray scattering,小角度X射线散射,是研究粒子系统以量化粒子的尺寸分布和形状的技术。


WAXS:Wide angle X-ray scattering, 广角X射线散射,探测粒子的晶体结构。


XRD:X-ray diffraction, X射线衍射,用于分析晶体结构。


IXS:Inelastic X-ray Scattering. 非弹性X射线散射,其中共振非弹性散射(RIXS:Resonant IXS)是研究物质电子结构最强有力的工具之一。


X-ray CT:X-ray Computed Tomography, X射线计算机断层成像,广泛应用于安检、医疗等行业。


XRF:X-ray Fluorescence, X射线荧光。



XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy, X射线光电子能谱。用于电子材料和元器件的显微分析。

XRF技术先驱

伦琴

Röntgen

德国物理学家

1895年,德国物理学家伦琴在研究稀薄气体放电时,发现一种从没观察到的射线,他将这种射线命名为“X”射线,就是未知的射线,因此他获得了1901年首届诺贝尔物理奖。X射线的发现轰动了整个物理学界,在今后的几十年里,有30多项诺贝尔物理、化学和生理学奖都与X射线有关。

1845年3月27日威廉·康拉德·伦琴出生于德国莱茵州莱耐普城(Lennep)。  
1865年年初,伦琴以旁听生的身份进入乌得勒支大学。
1865年11月进入苏黎世工业大学学习机械工程。
1869年以论文《气体的特性》获苏黎世大学哲学博士学位。
1895年11月8日发现了X射线,为开创医疗影像技术铺平了道路。

巴克拉

Barkla

英国物理学家

XRF技术的开创者,1906年,英国物理学家巴克拉通过实验发现了X射线的偏振性。而后在与英国物理学家布拉克关于X射线是波还是粒子的争辩中,他发现了X射线的散射,同时发现了X射线辐射都具有该元素有关的特征谱,他是第一个发现了X射线的二次辐射分为散射和荧光两种成分。1909年他和他的学生沙德勒进一步发现特征谱线并不均匀,他把硬的成分叫K线,把软的成分叫L线。因为发现了X射线的散射他获得了1917年诺贝尔物理奖。 

1898年以优异成绩毕业于 利物浦大学物理系,并于同行获得硕士学位。
1902年回到利物浦大学当研究员,后担任实验员,助理讲师和现代电学讲师。
1909年任伦敦大学惠斯顿(Wheatstone)讲座物理教授。
1913年任爱丁堡大学自然哲学每主任,直到逝世。
1917年获得诺贝尔物理学奖。
1944年10月23日卒于爱丁堡。

H.莫塞莱

Moseley

英国物理学家

1913年,英国物理学家H.莫塞莱在研究各元素的X射线特征光谱时发现,光谱的频率的二次方根与元素的原子序数成正比。他也是原子序数的发现者,他提出以原子核电荷数量来排序取代原来的原子量排序的方式,对元素周期表提出了重大改进。

1887年11月23日出生于英格兰多塞特郡韦茅斯。  
1906年,在伊顿公学赢得了化学和物理奖,获牛津大学学士学位。
1910年,进入曼彻斯特大学担任物理学讲师
1912年,发明了第一个原子能电池。
1913年,用X射线晶体衍射的方法观察和测量了很多化学元素(大部分是金属)的电子波谱。利用布拉格衍射定律去得出X射线的波。
1915年8月10日,于土耳其以一名通讯技术军官的身份在第一次世界大战中牺牲。

西格巴恩

Georg Siegbahn

瑞典物理学家

一直致力于X射线光谱学的研究,他验证了巴克拉提出的K系和L系,并发现了M系,因为他对X射线光谱学的贡献,获得了1924年诺贝尔物理奖。

康普顿

Compton

美国著名的物理学家

1923年康普顿在研究x射线通过实物物质发生散射的实验时,发现了一个新的现象,即散射光中除了有原波长λ0的x光外,还产生了波长λ>λ0的x光,其波长的增量随散射角的不同而变化。这种现象称为康普顿效应(compton effect)。它进一步证实了爱因斯坦的光子理论,揭示出光的二象性,也阐明了电磁辐。

1892年9月10日出生于美国俄亥俄州的伍斯特。
1913年成为普林斯顿大学的研究生。
1916年获博士学位,后在明尼苏达大学任教。
1923年起任芝加哥大学物理系教授、冶金实验室主任。
1945年返回圣路易斯华盛顿大学任第九任校长。
1953年起改任自然科学史教授。
1962年3月15于加利福尼亚州的伯克利逝世。

伦琴 / Röntgen

巴克拉 / Barkla

H.莫塞莱 / Moseley

西格巴恩 / Georg Siegbahn

康普顿 / Compton

技术原理

X射线荧光光谱仪(X-ray fluorescence spectrometer),简称XRF,是一种具有快速、无损、多元素同时分析、操作简单、使用成本较低的检测仪器,在冶金、水泥、矿石、石油、化工、医疗、土壤、塑料、RoHS、首饰、镀层等多个领域和行业发挥着重大作用。

X射线荧光光谱仪由X射线发生器、探测器、辅助控制系统、工控电脑及其内置的专用算法软件系统组成。

在高压电源产生高电压的情况下,X射线管内的高速电子流激发到金属靶材上产生初级X射线,通过准直和滤光后激发到样品表面,样品内的原子核外电子产生跃迁,跃迁的能量即为二次X射线,又称特征谱线。每种元素的特征谱线的波长和能量均不相同,在经过特定的光电探测器检测后,转换为不同高度的脉冲信号,这些信号经过特殊的信号处理之后,就可以得到计算机软件能识别的光谱谱形,最后经过FP算法处理计算,即可得到成分和镀层厚度的分析结果。

技术问答

Q:如何减少X荧光光谱仪测试受到的影响?

A:

做与成品补口一致的标样,尽量将样品熔的均匀,压片后再测试;对于不能熔的样品,可以将表面打磨,防止表面太脏。