射线型成分分析仪 (x-ray alqalyser)

利用x射线与元素原子轨道上的电子相互作用所发生的光电效应检测物料化学组成的物料成分分析设备。

x射线是波长为10^-12～10^-8m的电磁波，对物质有较强的穿透能力，并和物质产生包括光电效应在内的多种相互作用。根据发生光电效应后，光子和电离原子的变化情况，可将x射线成分分析分为x射线吸收分析和x射线荧光分析两类。

x射线吸收分析 利用原子在一定条件下对射线的选择性吸收分析物质的成分。用射线光子使某原子电离，只能发生在光子能量等于或大于该原子的轨道电子的结合能的条件下，此结合能即是该原子的“吸收限”(吸收边)，当光子能量等于或接近吸收限时，原子对射线的吸收呈现跳跃式的增加，这种现象称为原子对射线的选择性吸收。不同的原子及其各层轨道电子均有不同的吸收限，可以利用这种现象来分析物质的元素。这种型式的分析仪对射线源及分辨系统的要求高，故较少使用，通常仅用于分析铅、铋、钨、铀等重元素。此时，样品中其他元素的吸收限远低于这些重元素，对所用射线产生选择性吸收的几率极小。检测射线透过一定厚度样品后的强度，便可得知目的元素的含量。

x射线荧光分析利用物质的元素被X射线照射后能产生特征x射线(荧光)的现象分析物料成分。当分子的某层轨道电子受到光子照射脱离原子后，其空位将由位于较高能级的电子通过跃迁来补充，同时以X射线形式辐射出多余的能量，此能量等于跃迁电子的能级差△E。每种元素的电子能级都不相同，各层轨道的能级也各异，所以，称这种x射线为特征x射线或X射线荧光，并可根据其特征的AE值来分析元素。特征x射线波长λ=hc/ΔE，式中h为普朗克常数，c为光速，可以由测定特征波长来分析元素，它们问的关系为λ=K(Z-S)，式中，K、s为常数，z为原子序数。用这种方法可以分析原子序数z>3的所有元素，是分析物料成分的主要方法。由于轻元素的荧光能量小，分析精度低，故多用于分析Z为12～92的元素。

X射线荧光分析仪按其所用射线源种类分为X射线管式和放射性同位素式两种；按对荧光的色散方法分为波长色散型和能量色散型两种；按使用条件分为离线式、在线式和在流式以及大型和轻便型等。它们实际上又互相交叉，构成种类繁多的分析仪。这些仪器一般由射线源、谱仪、探测器、单道或多道分析器、计数率计以及电子线路等部分组成。现代的分析仪均配有微机和相应装置以及多种应用和操作软件。

波长色散型荧光分析仪 又称波谱仪，用X射线管作激发源，由分光晶体和准直器组成谱仪，(图n)按照布拉格定律θ=sinλ/2d，式中d为分光晶体面间距；顺序地旋转分光晶体，改变晶体与入射的X射线荧光6x射线荧光分析仪结构方框图n一波谱仪；6能谱仪夹角目，便可将不同波长的荧光分开。再由探测器(一般用闪烁计数器)检测各荧光的强度，便可测知样品中的元素及它们的含量。使用不同材料靶的X射线管和不同的分光晶体，调节管的工作电压等，可以调节仪器分析元素的范围。波长色散型分析仪技术比较成熟，可以分析z>3的各种元素，分析精度比较高。采用端窗式X光管时，可配有多个谱仪和探测器，具有多个测量道，能同时检测多个样品的多个元素；用于在线分析时，配有专门从生产流程中取样和缩样的装置，将缩分后的少量样品送入各测量道的样品室中。这种大型分析仪全部检测过程均由微机控制，使用方便，唯价格很高。

能量色散型荧光分析仪又称能谱仪(图b)。用探测器直接检测X射线荧光的能量和强度，当探测器376接收样品中各元素的特征X射线后，便将射线转变为和能量相应的、不同幅度的电脉冲，放大后经多道脉冲幅高分析器按幅高大小分类、存储、统计计数，便可分析出样品的元素和它们的含量。此类分析仪的射线总检测效率比波谱仪高，故可使用低功率(可小至100W)X光管或放射性同位素源。为了提高仪器的分辨率，最好用半导体探测器(固体探测器)。利用微机和丰富的软件可以构成多测量道的能谱仪，同时分析多个样品的多个元素，并实现在线检测。但它分析的样品数和元素仍比大型波谱仪少。轻便型x射线荧光分析仪由放射性同位素源、探测器、单道分析器和微处理器等构成，可离线检测样品的1～3个元素，其价格低，轻便，可用于选矿厂作指导生产的快速分析。将射线源、探测器和前置放大器等部分装在防水的探头中，便构成在流x射线荧光分析仪。通常又把以放射性同位素作激发源的x射线荧光分析仪统称为同位素荧光分析仪。

由于低功率x光管与新型同位素的出现，固体探测器和微机的发展，能量色散型仪器(多用同位素源)因有价格低、运营费用少、分析速度快、操作维护方便等优点而发展较快，但对低含量样品的分析精度，仍低于波谱型分析仪。

展望X射线分析仪正朝着多功能化的方向发展。1988年推出的X射线分析仪同时配有闪烁计数器和固体探测器，扩大了仪器的分析范围。90年代又生产出同时具有X射线衍射和X射线荧光分析功能的分析仪，可同时分析选矿样品的元素和矿物结构。