原子荧光光谱与X射线荧光光谱分析-讲稿.ppt

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1、原子荧光光谱与原子荧光光谱与X X射线射线荧光光谱分析荧光光谱分析Atomic Fluorescence and X ray Fluorescence Spectrometry原子荧光分析原理原子荧光分析原理原子荧光的产生原子荧光的产生 气态的自由原子吸收特征波长的光辐射气态的自由原子吸收特征波长的光辐射后，原子外层电子从基态或低能态跃迁后，原子外层电子从基态或低能态跃迁 到高能态，约在到高能态，约在10-8秒内，又跃迁回到基秒内，又跃迁回到基态或低能态，同时以光的形式放出能量，态或低能态，同时以光的形式放出能量，此现象称为原子荧光。此现象称为原子荧光。原子荧光分析原理原子荧光分析原理原子荧光

2、的类型原子荧光的类型 1、共振荧光、共振荧光 原子发射的荧光的波长与其吸收光的原子发射的荧光的波长与其吸收光的 波长相同。波长相同。原子荧光分析原理原子荧光分析原理原子荧光的类型原子荧光的类型 2、非共振荧光、非共振荧光 荧光波长与激发光的波长不同。荧光波长与激发光的波长不同。非共振荧光又可分为：非共振荧光又可分为：原子荧光分析原理原子荧光分析原理A.直跃荧光直跃荧光激发态的原子直接回到基态或高于基态的亚激发态的原子直接回到基态或高于基态的亚稳态时所发射的荧光。稳态时所发射的荧光。原子荧光分析原理原子荧光分析原理B.阶跃荧光阶跃荧光激发态的原子线已非辐射的方式失去部激发态的原子线已非辐射的方式

3、失去部分能量降到较低能量的激发态，然后去分能量降到较低能量的激发态，然后去激发产生荧光。激发产生荧光。原子荧光分析原理原子荧光分析原理原子荧光分析原理原子荧光分析原理3、敏化荧光、敏化荧光 处于激发态的原子不直接产生荧光，处于激发态的原子不直接产生荧光，而是通过与另一原子发生碰撞，自身而是通过与另一原子发生碰撞，自身 去激发，同时，使被碰撞的原子激发，去激发，同时，使被碰撞的原子激发，并发出荧光。并发出荧光。4、多光子荧光、多光子荧光 两个以上的光子使原子成为激发态，两个以上的光子使原子成为激发态，然后再发射荧光。然后再发射荧光。原子荧光分析原理原子荧光分析原理激光制冷与原子钟精度激光制冷与原

4、子钟精度斯托克斯直线跃迁Pb 283.3 504.8(nm)反斯托克斯直线跃迁In 451.1 410.2(nm)固体材料激光制冷固体材料激光制冷原子荧光分析原理原子荧光分析原理在分析中，共振荧光应用最多，其次是在分析中，共振荧光应用最多，其次是非共振荧光。非共振荧光。共振荧光的强度大，灵敏度高，但自吸共振荧光的强度大，灵敏度高，但自吸严重，线性范围较窄。严重，线性范围较窄。非共振荧光易克服激发光散射及自吸现非共振荧光易克服激发光散射及自吸现象，线性范围宽。象，线性范围宽。X射线荧光分析原理射线荧光分析原理 X射线照射物质时，将产生散射（弹性射线照射物质时，将产生散射（弹性和非弹性）和吸收现象

5、。照射物质的和非弹性）和吸收现象。照射物质的X射射线称为初级线称为初级X射线；吸收射线；吸收X射线后再次发射线后再次发射出的射出的X射线称为次级射线称为次级X射线，即荧光射线，即荧光X射线。荧光射线。荧光X射线的波长取决于吸收初级射线的波长取决于吸收初级X射线的元素的原子的内层结构。因此，射线的元素的原子的内层结构。因此，根据次级根据次级X射线的波长可进行元素的定性射线的波长可进行元素的定性分析；次级分析；次级X射线的强度元素的含量有关，射线的强度元素的含量有关，X射线荧光分析原理射线荧光分析原理 确定次级确定次级X射线的强度与原子浓度之间的关系，射线的强度与原子浓度之间的关系，即可进行定量分

6、析。即可进行定量分析。特征谱线的产生特征谱线的产生 初级初级X射线照射试样，样品中的原子的内层电射线照射试样，样品中的原子的内层电子吸收初级子吸收初级X射线的能量，同时自身被逐出至射线的能量，同时自身被逐出至原子外壳层，并在其原壳层留下空位。当较外原子外壳层，并在其原壳层留下空位。当较外层的电子跃迁回到该空位，将辐射出一定频率层的电子跃迁回到该空位，将辐射出一定频率（能量）的特征谱线。特征谱线的频率决定与（能量）的特征谱线。特征谱线的频率决定与参与跃迁的两能级间的能量差，参与跃迁的两能级间的能量差，=E/h。X射线荧光分析原理射线荧光分析原理谱线的强度与电子跃迁始态的内量子数谱线的强度与电子跃

7、迁始态的内量子数有关有关.内量子数较大的支能级所包含的电内量子数较大的支能级所包含的电子轨道数多，则谱线的强度比较大。如子轨道数多，则谱线的强度比较大。如 K K 1 1谱线是电子从谱线是电子从L(J=3/2)L(J=3/2)跃迁到跃迁到K K层层所产生的谱线，所产生的谱线，K K 2 2是电子从是电子从L(J=1/2)L(J=1/2)跃迁到跃迁到K K层所产生的谱线。但层所产生的谱线。但LL只能容纳两个电子（只能容纳两个电子（2J+1=2),2J+1=2),而而LL可容纳四个电子（可容纳四个电子（2J+1=4)2J+1=4)。X射线荧光分析原理射线荧光分析原理故电子从故电子从LL支能级跃迁到

8、支能级跃迁到K K层的几率是从层的几率是从LL跃迁到跃迁到K K层的两倍，所以，层的两倍，所以，K K 1 1和和 K K 2 2的强度的强度比是比是 2:1 2:1。显然，在同一谱线系中，各谱线强。显然，在同一谱线系中，各谱线强度比是确定的，其中，度比是确定的，其中，系谱线的强度仅次于系谱线的强度仅次于 系。系。特征特征X射线谱射线谱（荧光荧光X射线谱）来自原子的内射线谱）来自原子的内层电子跃迁，与元素的化学状态无关，是各种层电子跃迁，与元素的化学状态无关，是各种元素所固有的，它与元素的原子序数有关。元素所固有的，它与元素的原子序数有关。X射线荧光分析原理射线荧光分析原理详细研究各元素详细研

9、究各元素特征特征X射线谱射线谱波长波长 与原与原子序数子序数Z的关系，发现如下关系：的关系，发现如下关系：=1/(Z-S)2k2 k，S为常数。显然，只有测出为常数。显然，只有测出特征特征X射线射线谱谱的波长的波长，即可求出产生该射线的元素。，即可求出产生该射线的元素。X射线荧光分析原理射线荧光分析原理X X射线荧光分析的特点射线荧光分析的特点 1 1、分析迅速，从放置样品，到打印出结、分析迅速，从放置样品，到打印出结 果仅需几分钟。果仅需几分钟。2 2、样品前处理简单，固体、液体样品都、样品前处理简单，固体、液体样品都 可以直接测定而无需溶样，如陶瓷、可以直接测定而无需溶样，如陶瓷、矿物及煤渣等。矿物及煤渣等。3 3、可分析元素范围广，从、可分析元素范围广，从4Be4Be 92U92U的所有的所有 元素皆可直接测定。且不破坏样品。元素皆可直接测定。且不破坏样品。X射线荧光分析原理射线荧光分析原理 4、线性范围宽，同一实验条件下，从几、线性范围宽，同一实验条件下，从几 个个ppm 100%100%都能分析。都能分析。5 5、谱线简单，光谱干扰少。、谱线简单，光谱干扰少。6 6、可对多层镀膜的各层镀膜分别进行成、可对多层镀膜的各层镀膜分别进行成 分和膜厚分析。分和膜厚分析。