熒光光譜儀又稱熒光分光光度計,是一種定性,、定量分析的儀器,。通過熒光光譜儀的檢測,,可以獲得物質的激發(fā)光譜、發(fā)射光譜,、量子產率,、熒光強度、熒光壽命,、斯托克斯位移,、熒光偏振與去偏振特性,以及熒光的淬滅方面的信息,。
選購X射線熒光光譜儀主要注意哪幾點
(1)氣氛
X射線熒光光譜儀能夠分析元素周期表中的大部分元素,,具體而言,從鈉元素(原子序數(shù)Z=11)到鈾元素(原子序數(shù)Z=92)都可以利用這種技術進行檢測分析,。但是對于原子序數(shù)較低的元素(鈦元素Ti,,Z=22以下),空氣會對檢測結果產生較大影響,;由低原子序數(shù)元素產生的熒光值通常更低,,并且樣品基體中的其它元素有可能會吸收低原子序數(shù)元素的能量輻射。
通常情況下,,用于提高低原子序數(shù)元素的檢測靈敏度的方法主要為將儀器的樣品室抽成真空環(huán)境或者以氦氣(He)沖洗樣品室,。
(2)X射線源(X射線管、供電電源,、濾光片,、光束尺寸)
這里將一些組件都列到X射線源里面統(tǒng)一討論,包括X射線管,、電源供應器,、濾光片、光束尺寸,。
X射線管和供電電源決定了檢測樣品將受到的能量強度和能量分布,。商業(yè)化的能量色散X射線熒光光譜儀中用到的大多數(shù)X射線管都是50KV,1mA(50W)規(guī)格的,。50KV的高電壓能夠提供更高的激發(fā)效率,;X射線管通量可以利用燈絲電流設置進行控制。
X射線管本質上是一個在高電壓下工作的二極管,,包括一個發(fā)射電子的陰極和一個收集電子的陽極(也即靶材),;比較常用的陽極材料有鎢(W)、銠(Rh),、鉬(Mo)和鉻(Cr)等,其中鎢(W)和銠(Rh)使用尤為廣泛,。鎢金屬能夠產生更強的軔致輻射,,也因此能得到更高的能量(17-30KeV)激發(fā)效率,。對于低原子序數(shù)元素的激發(fā),則通常選取銠(Rh)元素,。
濾光片通常置于X射線管窗和樣品之間以過濾由X射線管產生的特定能量波,。濾光片主要起到兩方面作用:
一是當X射線管可能會對樣品中待檢測元素產生影響時去除管特征譜的干擾;
二是去除光譜背景的主要來源——背散射輻射,。光譜背景峰的去除能夠有效提高峰/背比響應值,,提高檢出限。
光束尺寸通常由具有不同直徑的圓形(有時也為矩形)準直器控制,;準直器尺寸與準直器到樣品間的距離決定了其分析領域,。
(3)探測器
新型探測器技術——硅漂移探測器(SDDs)能夠提高低能量敏感度,使得X射線熒光光譜技術可以對一些低原子序數(shù)元素進行檢測分析,,甚至是在空氣氣氛中也能進行檢測,,例如用于測量化學鍍鎳涂層中磷元素(原子序數(shù)Z=15)的含量。但是,,大多數(shù)的低原子序數(shù)元素的檢測分析依然還需要隔離空氣氣氛,。
在能量色散X射線熒光光譜儀中,硅探測器已經(jīng)變得非常普遍,;今天用到的硅探測器要么就是上面提到的硅漂移探測器,,要么就是Si-PIN探測器,而比較流行的第三種探測器是一種密封的,、充氣的正比計數(shù)器(Prop Counter),。
對于不同的應用用途,X射線熒光光譜儀體系中探測器的選擇也不盡相同——例如對于定性分析往往需要用到硅漂移探測器,。
正比計數(shù)器探測器較大的半寬高(FWHM)會導致相鄰元素的檢測譜圖嚴重重疊,,以至于利用峰值搜索算法和/或可見光譜觀察法都無法探測出其中某種或者多種成分的存在。對于一些需要鑒別元素成分的工業(yè)制造品,,其質量檢驗結果由于發(fā)生嚴重重疊,,難以分辨,造成難以檢測,。
雖然利用硅探測器也會發(fā)生譜圖上的峰重疊現(xiàn)象,,但在大多數(shù)的情況下,這些重疊峰能夠被輕易的分離和識別,,這些特征使得硅探測器體系極其適用于定性分析和來料檢驗等方面,。
組成能量色散X射線熒光光譜儀的電子器件一般都非常穩(wěn)定,不會影響分析精度,;而無規(guī)計數(shù)誤差通常對測量精度的影響較大,。計數(shù)誤差一般遵循泊松統(tǒng)計分布——每次測量獲得的數(shù)據(jù)越多,測量精度越高。
硅漂移探測器具有很高的數(shù)據(jù)吞吐量,,因此當測量需要多采樣,、高精度時可以考慮使用這種探測器;但這通常需要樣品具有較高的熒光強度值,。熒光強度值取決于樣品——如樣品類型,,樣品測量區(qū)域等。
在分析測量一些薄膜或者小樣品時,,樣品的特性可能會很微小,。當樣品或者樣品區(qū)很小(直徑只有幾十微米)時,探測器的立體角則會起到很大的作用,。而樣品或樣品區(qū)很小的情況往往都發(fā)生在測量電子元件和功能性涂層厚度等時候,,這時正比計數(shù)器(Prop Counter)就成為了一種非常受歡迎的選擇,因為這種探測器具有的大俘獲角允許可以使用更小的準直儀,。因此,,當樣品譜圖相對簡單,含有元素只有兩到三種,,樣品分析區(qū)域直徑小到100-200微米時,,正比計數(shù)器Prop Counter則是一個非常理想的選擇。