波长色散与能量色散X射线荧光光谱仪原理分析

　一、X-射线荧光分析仪(XRF)简介
　　
　　X-射线荧光分析仪(XRF)是一种较新型的可以对多元素进行快速同时测定的仪器。在X射线激发下，被测元素原子的内层电子发生能级跃迁而发出次级X射线(即X-荧光)。波长和能量是从不同的角度来观察描述X射线所采用的两个物理量。波长色散型X射线荧光光谱仪(WD-XRF)是用晶体分光而后由探测器接收经过衍射的特征X-射线信号。如果分光晶体和探测器作同步运动，不断地改变衍射角，便可获得样品内各种元素所产生的特征X-射线的波长及各个波长X-射线的强度。可以据此进行定性分析和定量分析。该种仪器产生于50年代，由于可以对复杂体系进行多组分同时测定，受到关注，特别在地质部门，先后配置这种仪器，分析速度显著提高，起了重要作用。随着科学技术的进步，在60年代初发明了半导体探测器以后，对X-荧光进行能谱分析成为可能。能谱色散型X-射线荧光光谱仪(ED-XRF)，用X射线管产生原级X射线照射到样品上，所产生的特征X射线(荧光)直接进入Si(Li)探测器，便可以据此进行定性分析和定量分析。第一台ED-XRF是1969年问世锝近几年来，由于商品ED-XRF仪器及计算机软件的发展，功能完善，应用领域拓宽，其特点、优越性日益受到认识，发展迅猛。
　　
　　二、波长色散型X射线荧光光谱仪与能量色散型X射线荧光光谱仪的区别
　　
　　虽然波长色散型(ED-XRF)X射线荧光光谱仪与能量色散型(WD-XRF)X射线荧光光谱仪同属X射线荧光分析仪，它们产生信号的方法相同，最后得到的波谱或者能谱也极为相似，但由于采集数据的方式不同，ED-XRF(波谱)与WD-XRF(能谱)在原理和仪器结构上有所不同，功能也有区别。
　　
　　(一)原理区别
　　
　　X-射线荧光光谱法，是用X-射线管发出的初级线束辐照样品，激发各化学元素发出二次谱线(X-荧光)。波长色散型荧光光仪(WD-XRF)是分光晶体将荧光光束色散后，测定各种元素的含量。而能量色散型X射线荧光光仪(WD-XRF)是借助高分辨率敏感半导体检测器与多道分析器将未色散的X-射线按光子能量分离X-射线光谱线，根据各元素能量的高低来测定各元素的量。由于原理不同，故仪器结构也不同。
　　
　　(二)结构区别
　　
　　波长色散型荧光光谱仪(WD-XRF)，一般由光源(X-射线管)、样品室、分光晶体和检测系统等组成。为了准确测量衍射光束与入射光束的夹角，分光晶体系安装在一个精密的测角仪上，还需要一庞大而精密并复杂的机械运动装置。由于晶体的衍射，造成强度的损失，要求作为光源的X-射线管的功率要大，一般为2～3千瓦。但X-射线管的效率极低，只有1%的电功率转化为X-射线辐射功率，大部分电能均转化为热能产生高温，所以X-射线管需要专门的冷却装置(水冷或油冷)，因此波谱仪的价格往往比能谱仪高。能量色散型荧光光谱仪(WD-XRF)，一般由光源(X-射线管)、样品室和检测系统等组成，与波长色散型荧光光谱仪的区别在于它用不分光晶体。由于这一特点，使能量色散型荧光光仪具有如下优点：
　　
　　①仪器结构简单，省略了晶体的精密运动装置，也无需精度调整。还避免了晶体衍射所造成的强度损失。光源使用的X-射线管功率低，一般在100W以下，不需要昂贵的高压发生器和冷却系统，空气冷却即可，节省电力。
　　
　　②能量色散型荧光光仪的光源、样品、检测器彼此靠得很近，X-射线的利用率很高，不需要光学聚集，在累积整个光谱时，对样品位置变化不象波长色散型荧光光谱仪那样敏感，对样品形状也无特殊要求。
　　
　　③在能量色散谱仪中，样品发出的全部特征X-射线光子同时进入检测器，这就奠定了使用多道分析器和荧光屏同时累积和显示全部能谱(包括背景)的基础，也能清楚地表明背景和干扰线。因此，半导体检测器X-射线光谱仪能比晶体X-射线光谱仪快而方便地完成定性分析工作。
　　
　　④能量色散法的一个附带优点是测量整个分析线脉冲高度分布的积分程度，而不是峰顶强度。因此，减小了化学状态引起的分析线波长的漂移影响。由于同时累积还减小了仪器的漂移影响，提高净计数的统计精度，可迅速而方便地用各种方法处理光谱。同时累积观察和测量所有元素，而不是按特定谱线分析特定元素。因此，见笑了偶然错误判断某元素的可能性。