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全反射X射线荧光光谱仪(TXRF)组成结构

发布日期: 2022-12-21
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全反射X射线荧光光谱仪(TXRF)主要包括:X射线源、光路系统、进样系统、探测器、数据处理系统及其他附件,下文主要介绍前四部分。

一、X射线源:由高压发生器及射线管组成。提供初级X射线,对样品中待测元素进行激发得到X射线荧光,其强度正比于初级X射线的强度。通常,XRDXRF发生器便可满足TXRF的需求,高压可达到80kV、电流可达80mA、整体功率可达3kW或以上;输入稳定性一般<10%,输出稳定性<0.01%

目前商用TXRF所用X射线管多为MoW靶,或是混合靶材,如GNRTX 2000全反射X射线荧光光谱仪提供Mo/W混合靶材。

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1 Mo/W混合靶材

二、光路系统:为满足TXRF应用需求(入射角、能量分布等),需进一步对初级X射线的几何形状和光谱分布进行调节,主要有光阑、滤波器、准直狭缝、单色器等。

初级X射线具有一定发散角,使用准直狭缝即可完成对几何形状的调整。

射线管发射连续谱带中的高能光子激发效率低于低能光子,且低能光子的全反射临界角大于高能光子。因此,在满足低能光子全反射条件下,连续光谱中的高能光子则不满足全反射条件,背景大幅提高,需要进一步滤除高能光子,通常采用滤波器及单色器来实现。

常用滤波器多采用全反射原理,即低能光子全反射而高能光子发生散射或吸收,进而达到滤波目的,通常有单全反射及双全反射体之分,如下图:

  

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单全反射滤波器

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双全反射滤波器

单色光激发是全反射理想的情况,但仅依靠滤波器等无法实现单色的目的,因此,采用布拉格反射体的单色器及多种技术结合的手段在目前商用仪器中颇为常见。GNRTX 2000HORIZON两款全反射X射线荧光光谱仪均可提供双全反射光路、多层Si/W单色器(TX 2000还可实现TXRF及常规XRF的切换),如下图:

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光路示意图

三、进样系统:提供样品载体,满足全反射条件、完成自动进样操作,多为石英玻璃、有机玻璃等。

  

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 样品台

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样品载体

四、探测器:作为数据读出的核心部件,需要有较高的能量分辨率、较小的热效应等特性,主要有半导体探测器、硅漂移探测器及位敏探测器,目前商用仪器多使用硅漂移探测器(SDD)GNR即采用半导体制冷的SDD探测器。

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探测器

意大利GNR公司是一家老牌的欧洲光谱仪生产商,其X射线产品线诞生于1966年,经过半个多世纪的开发和研究,该产品线已经拥有众多型号满足多个行业的分析需求。

X射线衍射仪(XRD)可测试粉末、薄膜等样品的晶体结构等指标,多应用于分子结构分析及金属相变研究;而全反射X荧光光谱仪(TXRF)的检测限已达到皮克级别,其非破坏性分析特点应用在痕量元素分析中,涉及环境、医药、半导体、核工业、石油化工等行业;为迎合工业市场需求而设计制造的专用残余应力分析仪、残余奥氏体分析仪,近年来被广泛应用在制造材料检测领域,其操作的便捷性颇受行业青睐。

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