Röntgenstrahl-Fluoreszenz (XRF) ist die Emission der Eigenschaft "sekundär" (oder Leuchtstoff-) Röntgenstrahlen von einem Material, das durch das Bombardieren mit energiereichen Röntgenstrahlen oder Gammastrahlung aufgeregt gewesen ist. Das Phänomen wird für die elementare Analyse und chemische Analyse, besonders in der Untersuchung von Metallen, Glas, Keramik und Baumaterialien, und für die Forschung in der Geochemie, Gerichtsmedizin und Archäologie weit verwendet.

Das Unterliegen Physik

Wenn Materialien zu Röntgenstrahlen der kurzen Wellenlänge oder zur Gammastrahlung ausgestellt werden, kann die Ionisation ihrer Teilatome stattfinden. Ionisation besteht aus der Ausweisung von einem oder mehr Elektronen vom Atom und kann vorkommen, wenn das Atom zur Radiation mit einer Energie ausgestellt wird, die größer ist als sein Ionisationspotenzial. Röntgenstrahlen und Gammastrahlung können energisch genug sein, um dicht gehaltene Elektronen vom inneren orbitals des Atoms zu vertreiben. Die Eliminierung eines Elektrons macht auf diese Weise die elektronische Struktur des Atoms nicht stabil, und Elektronen in höher orbitals "Fall" in den niedrigeren Augenhöhlen-, um das zurückgelassene Loch zu füllen. Im Fallen wird Energie in der Form eines Fotons veröffentlicht, dessen Energie dem Energieunterschied der zwei beteiligten orbitals gleich ist. So strahlt das Material Radiation aus, die Energieeigenschaft der Atom-Gegenwart hat. Der Begriff Fluoreszenz wird auf Phänomene angewandt, auf die die Absorption der Radiation einer spezifischen Energie auf die Wiederemission der Radiation einer verschiedenen Energie (allgemein tiefer) hinausläuft.

Charakteristische Radiation

Jedes Element hat elektronischen orbitals der charakteristischen Energie. Folgende Eliminierung eines inneren Elektrons durch ein energisches von einer primären Strahlenquelle zur Verfügung gestelltes Foton, ein Elektron von einer Außenschale schaut in seinen Platz herein. Es gibt eine begrenzte Zahl von Wegen, auf die das, wie gezeigt, in der Abbildung 1 geschehen kann. Die Hauptübergänge sind Vornamen: Ein LK Übergang wird Kα traditionell genannt, ein MK Übergang wird Kβ genannt, ein ML Übergang wird Lα und so weiter genannt. Jeder dieser Übergänge gibt ein Leuchtstofffoton mit einer charakteristischen Energie nach, die dem Unterschied in der Energie des anfänglichen und Augenhöhlen-endgültigen gleich ist. Die Wellenlänge dieser Leuchtstoffradiation kann aus dem Gesetz von Planck berechnet werden:

Die Leuchtstoffradiation kann irgendein durch das Sortieren der Energien der Fotonen (Energie-Dispersive Analyse) oder durch das Trennen der Wellenlängen der Radiation (Analyse der Wellenlänge-dispersive) analysiert werden. Einmal sortiert ist die Intensität jeder charakteristischen Radiation direkt im Wert von jedem Element im Material verbunden. Das ist die Basis einer starken Technik in der analytischen Chemie. Abbildung 2 zeigt die typische Form der scharfen geisterhaften in der Methode der Wellenlänge-dispersive erhaltenen Leuchtstofflinien (sieh das Gesetz von Moseley).

Primäre Radiation

Um die Atome zu erregen, ist eine Quelle der Radiation mit der genügend Energie erforderlich, dicht gehaltene innere Elektronen zu vertreiben. Herkömmliche Röntgenstrahl-Generatoren werden meistens verwendet, weil ihre Produktion für die Anwendung sogleich "abgestimmt" werden kann, und weil höhere Macht hinsichtlich anderer Techniken aufmarschiert werden kann. Jedoch können Gammastrahl-Quellen ohne das Bedürfnis nach einer wohl durchdachten Macht-Versorgung verwendet werden, einen leichteren Gebrauch in kleinen tragbaren Instrumenten erlaubend. Wenn die Energiequelle ein Synchrotron ist oder die Röntgenstrahlen durch einen Seh-wie ein Polyhaargefäß eingestellt werden, kann der Röntgenstrahl-Balken sehr klein und sehr intensiv sein. Infolgedessen kann die Atominformation über die Submikrometer-Skala erhalten werden. Röntgenstrahl-Generatoren in der Reihe 20-60 kV werden verwendet, die Erregung einer breiten Reihe von Atomen erlauben. Das dauernde Spektrum besteht aus "der bremsstrahlung" Radiation: Radiation hat erzeugt, wenn energiereiche Elektronen, die die Tube durchführen, durch das Material der Tube-Anode (das "Ziel") progressiv verlangsamt werden. Ein typisches Tube-Produktionsspektrum wird in der Abbildung 3 gezeigt.

Streuung

In der Energie dispersive Analyse werden die durch die materielle Probe ausgestrahlten Leuchtstoffröntgenstrahlen in einen Halbleiterentdecker geleitet, der einen "dauernden" Vertrieb von Pulsen erzeugt, von denen die Stromspannungen zu den eingehenden Foton-Energien proportional sind. Dieses Signal wird durch einen Mehrkanalanalysator (MCA) bearbeitet, der ein anwachsendes Digitalspektrum erzeugt, das bearbeitet werden kann, um analytische Daten zu erhalten. In der Wellenlänge dispersive Analyse werden die durch die materielle Probe ausgestrahlten Leuchtstoffröntgenstrahlen in eine Beugung geleitet, die monochromator knirscht. Die verwendete Beugungsvergitterung ist gewöhnlich ein Monokristall. Durch das Verändern des Einfallswinkels und Take-Offs auf dem Kristall kann eine einzelne Röntgenstrahl-Wellenlänge ausgewählt werden. Die erhaltene Wellenlänge wird durch die Gleichung von Bragg gegeben:

wo d der Abstand der Atomschicht-Parallele zur Kristalloberfläche ist.

Entdeckung

In der Energie sind dispersive Analyse, Streuung und Entdeckung eine einzelne Operation, wie bereits erwähnt, oben. Proportionale Schalter oder verschiedene Typen von Halbleiterentdeckern (Diode der persönlichen Geheimzahl, Si (Li), Ge (Li), Silikonantrieb-Entdecker SDD) werden verwendet. Sie alle teilen denselben Entdeckungsgrundsatz: Ein eingehendes Röntgenstrahl-Foton ionisiert eine Vielzahl von Entdecker-Atomen mit dem Betrag der erzeugten Anklage, zur Energie des eingehenden Fotons proportional seiend. Die Anklage wird dann gesammelt, und der Prozess wiederholt sich für das folgende Foton. Entdecker-Geschwindigkeit ist offensichtlich kritisch, als alle gemessenen Anklage-Transportunternehmen aus demselben Foton kommen müssen, um die Foton-Energie richtig zu messen (Maximallänge-Urteilsvermögen wird verwendet, um Ereignisse zu beseitigen, die scheinen, durch zwei Röntgenstrahl-Fotonen erzeugt worden zu sein, die fast gleichzeitig ankommen). Das Spektrum wird dann durch das Teilen des Energiespektrums in getrennte Behälter und das Zählen der Zahl von innerhalb jedes Energiebehälters eingeschriebenen Pulsen aufgebaut. EDXRF Entdecker-Typen ändern sich in der Entschlossenheit, Geschwindigkeit und die Mittel kühl zu werden (ist eine niedrige Zahl von freien Anklage-Transportunternehmen in den Entdeckern des festen Zustands kritisch): Proportionale Schalter mit Entschlossenheiten von mehreren hundert eV bedecken das niedrige Ende des Leistungsspektrums, das von Diode-Entdeckern der persönlichen Geheimzahl gefolgt ist, während der Si (Li), Ge (Li) und Silicon Drift Detectors (SDD) das hohe Ende der Leistungsskala besetzt.

In der Wellenlänge dispersive Analyse wird die durch den monochromator erzeugte Radiation der einzelnen Wellenlänge in einen Photovermehrer, ein Entdecker passiert, der einem Geigerzähler ähnlich ist, der individuelle Fotonen aufzählt, wie sie durchgehen. Der Schalter ist ein Raum, der ein Benzin enthält, das durch Röntgenstrahl-Fotonen ionisiert wird. Eine Hauptelektrode wird an (normalerweise) +1700 V in Bezug auf die Leiten-Raum-Wände beladen, und jedes Foton löst eine pulsähnliche Kaskade des Stroms über dieses Feld aus. Das Signal wird verstärkt und in eine anwachsende Digitalzählung umgestaltet. Diese Zählungen werden dann bearbeitet, um analytische Daten zu erhalten.

Röntgenstrahl-Intensität

Der Fluoreszenz-Prozess ist ineffizient, und die sekundäre Radiation ist viel schwächer als der primäre Balken. Außerdem ist die sekundäre Radiation von leichteren Elementen der relativ niedrigen Energie (lange Wellenlänge) und hat niedrig eindringende Macht und wird streng verdünnt, wenn der Balken Luft für eine Entfernung durchführt. Wegen dessen, für die Hochleistungsanalyse, wird der Pfad von der Tube bis Probe zum Entdecker unter dem Hochvakuum (ungefähr 10 Papa restlicher Druck) aufrechterhalten. Das bedeutet in der Praxis, dass die meisten Arbeitsteile des Instrumentes in einem großen Vakuumraum gelegen werden müssen. Die Probleme, bewegende Teile im Vakuum, und des schnellen Einführens und Zurücktretens der Probe aufrechtzuerhalten, ohne Vakuum zu verlieren, stellen Hauptherausforderungen für das Design des Instrumentes auf. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen, oder wenn die Probe durch ein Vakuum beschädigt wird (z.B. eine flüchtige Probe), ein Helium-gekehrter Röntgenstrahl-Raum, kann mit einem Verlust von niedrigen-Z (Z = Atomnummer) Intensitäten eingesetzt werden.

Chemische Analyse

Der Gebrauch eines primären Röntgenstrahl-Balkens, um Leuchtstoffradiation von der Probe zu erregen, wurde zuerst von Glocker und Schreiber 1928 vorgeschlagen. Heute wird die Methode als eine nichtzerstörende analytische Technik, und als ein Prozesssteuerungswerkzeug in vielen Rohstoffindustrien und Verarbeitungsindustrien verwendet. Im Prinzip ist das leichteste Element, das analysiert werden kann, Beryllium (Z = 4), aber wegen instrumentaler Beschränkungen und niedriger Röntgenstrahl-Erträge für die leichten Elemente ist es häufig schwierig, Elemente leichter zu messen, als Natrium (Z = 11), wenn Hintergrundkorrekturen und sehr umfassende Zwischenelement-Korrekturen nicht gemacht werden.

Energie dispersive Spektrometrie

In der Energie dispersive Spektrometer (EDX oder HRSG.) erlaubt der Entdecker den Entschluss von der Energie des Fotons, wenn es entdeckt wird. Entdecker haben historisch auf Silikonhalbleitern, in der Form von lithiumgetriebenen Silikonkristallen oder Silikonoblaten der hohen Reinheit basiert.

Si (Li) Entdecker

Diese bestehen im Wesentlichen aus einer 3-5 Mm dicken Silikonverbindungspunkt-Typ-Nadel-Diode (dasselbe als Diode der persönlichen Geheimzahl) mit einer Neigung 1000 V darüber. Der lithiumgetriebene Zentrum-Teil bildet die Nichtleiten-I-Schicht, wo Li die restlichen Annehmer entschädigt, die den Schicht-P-Typ sonst machen würden. Wenn ein Röntgenstrahl-Foton durchgeht, veranlasst es einen Schwarm von Elektronloch-Paaren sich zu formen, und das verursacht einen Stromspannungspuls. Um genug niedriges Leitvermögen zu erhalten, muss der Entdecker bei der niedrigen Temperatur aufrechterhalten werden, und flüssiger Stickstoff muss für die beste Entschlossenheit verwendet werden. Mit einem Verlust der Entschlossenheit kann das viel günstigere Abkühlen von Peltier verwendet werden.

Oblate-Entdecker

Mehr kürzlich sind Silikonoblaten der hohen Reinheit mit dem niedrigen Leitvermögen alltäglich verfügbar geworden. Abgekühlt durch die Wirkung von Peltier stellt das einen preiswerten und günstigen Entdecker zur Verfügung, obwohl der flüssige Stickstoff Si (Li) abgekühlt hat, hat Entdecker noch die beste Entschlossenheit (d. h. Fähigkeit, verschiedene Foton-Energien zu unterscheiden).

Verstärker

Die durch den Entdecker erzeugten Pulse werden durch pulsgestaltende Verstärker bearbeitet. Es nimmt für den Verstärker Zeit in Anspruch, um den Puls für die optimale Entschlossenheit zu gestalten, und es gibt deshalb einen Umtausch zwischen Entschlossenheit und Zählungsrate: Die lange Verarbeitungszeit für die gute Entschlossenheit läuft "auf Pulskarambolage" hinaus, in der die Pulse von aufeinander folgenden Fotonen überlappen. Mehrfoton-Ereignisse werden jedoch normalerweise rechtzeitig mehr herausgezogen (Fotonen sind genau zur gleichen Zeit nicht angekommen), als einzelne Foton-Ereignisse und Pulslänge-Urteilsvermögen so verwendet werden können, um die meisten von diesen zu filtern. Trotzdem wird eine kleine Zahl von Karambolage-Spitzen bleiben, und Karambolage-Korrektur sollte in die Software in Anwendungen eingebaut werden, die Spur-Analyse verlangen. Um den effizientesten Gebrauch des Entdeckers zu machen, sollte der Tube-Strom reduziert werden, um Mehrfoton-Ereignisse (vor dem Urteilsvermögen) an einem angemessenen Niveau, z.B 5-20 % zu behalten.

Verarbeitung

Beträchtliche Computermacht wird dem Korrigieren für den Pulsstapel und für die Förderung von Daten von schlecht aufgelösten Spektren gewidmet. Diese wohl durchdachten Korrektur-Prozesse neigen dazu, auf empirischen Beziehungen zu basieren, die sich mit der Zeit ändern können, so dass dauernde Wachsamkeit erforderlich ist, um chemische Daten der entsprechenden Präzision zu erhalten.

Gebrauch

EDX Spektrometer sind als WDX Spektrometer darin höher sie sind kleiner, im Design einfacher und haben weniger konstruierte Teile. Sie können auch Miniaturröntgenstrahl-Tuben oder Gammaquellen verwenden. Das macht sie preiswerter und erlaubt Miniaturisierung und Beweglichkeit. Dieser Typ des Instrumentes wird für tragbare Qualitätskontrollabschirmungsanwendungen, wie Prüfung von Spielsachen für die Leitung (Pb) Inhalt, das Sortieren von Stück-Metallen und Messen des Leitungsinhalts von Wohnfarbe allgemein verwendet. Andererseits machen die niedrige Entschlossenheit und Probleme mit der niedrigen Rate der Zählung und lange tot-malig sie untergeordnet für die Analyse der hohen Präzision. Sie sind jedoch für die schnelllaufende, mehrelementare Analyse, sehr wirksam. XRF Tragbare Feldanalysatoren zurzeit auf dem Markt wiegen weniger als 2 Kg, und haben Grenzen der Entdeckung auf der Ordnung von 2 Teilen pro Million der Leitung (Pb) in reinem Sand.

Wellenlänge dispersive Spektrometrie

In der Wellenlänge dispersive Spektrometer (WDX oder WDS) werden die Fotonen durch die Beugung auf einem Monokristall getrennt, bevor sie entdeckt werden. Obwohl Wellenlänge dispersive Spektrometer gelegentlich verwendet wird, um eine breite Reihe von Wellenlängen zu scannen, einen Spektrum-Anschlag als in der HRSG. erzeugend, werden sie gewöhnlich aufgestellt, um Maße nur an der Wellenlänge der Emissionslinien der Elemente von Interesse zu machen. Das wird auf zwei verschiedene Weisen erreicht:

• "Gleichzeitige" Spektrometer ließen mehrere "Kanäle" der Analyse eines einzelnen Elements, jeder widmen, aus einem Kristall der festen Geometrie monochromator, einem Entdecker bestehend, und Elektronik bearbeitend. Das erlaubt mehreren Elementen, gleichzeitig, und im Fall von Hochleistungsinstrumenten gemessen zu werden, ganze Analysen der hohen Präzision können in unter 30 s erhalten werden. Ein anderer Vorteil dieser Einordnung besteht darin, dass die feste Geometrie monochromators keine unaufhörlich bewegenden Teile hat, und sehr zuverlässig ist auch. Zuverlässigkeit ist in Produktionsumgebungen wichtig, wo, wie man erwartet, Instrumente ohne Unterbrechung seit Monaten auf einmal arbeiten. Nachteile von gleichzeitigen Spektrometern schließen relativ hoch gekostet für komplizierte Analysen ein, da jeder verwendete Kanal teuer ist. Die Zahl der Elemente, die gemessen werden kann, wird auf 15-20, wegen Raumbeschränkungen auf die Zahl von monochromators beschränkt, der um die fluorescing Probe überfüllt werden kann. Das Bedürfnis, vielfachen monochromators anzupassen, bedeutet, dass eine ziemlich offene Einordnung um die Probe erforderlich ist, zu relativ langen mit der Tube beispielkristallenen Entfernungen führend, der führt, um entdeckte Intensitäten und mehr Zerstreuen zu senken. Das Instrument ist unbiegsam, weil, wenn ein neues Element gemessen werden soll, ein neuer Maß-Kanal gekauft und installiert werden muss.
• "Folgende" Spektrometer haben eine einzelne variable Geometrie monochromator (aber gewöhnlich mit einer Einordnung, um von einer Wahl von Kristallen auszuwählen), ein einzelner Entdecker-Zusammenbau (aber gewöhnlich mit mehr als einem Entdecker, der im Tandem eingeordnet ist), und ein einzelner elektronischer Satz. Das Instrument wird programmiert, um sich durch eine Folge von Wellenlängen in jedem Fall zu bewegen, der die passende Röntgenstrahl-Tube-Macht, den passenden Kristall und die passende Entdecker-Einordnung auswählt. Die Länge des Maß-Programms ist im Wesentlichen unbegrenzt, so ist diese Einordnung sehr flexibel. Weil es nur einen monochromator gibt, können die mit der Tube beispielkristallenen Entfernungen sehr kurz behalten werden, auf minimalen Verlust der entdeckten Intensität hinauslaufend. Der offensichtliche Nachteil ist relativ lange Analyse-Zeit besonders, wenn viele Elemente analysiert werden, nicht nur weil die Elemente in der Folge gemessen werden, sondern auch weil eine bestimmte Zeitdauer in der Wiederanpassung der monochromator Geometrie zwischen Maßen genommen wird. Außerdem ist die wahnsinnige Tätigkeit des monochromator während eines Analyse-Programms eine Herausforderung für die mechanische Zuverlässigkeit. Jedoch können moderne folgende Instrumente Zuverlässigkeit fast so gut erreichen wie dieses von gleichzeitigen Instrumenten sogar in Anwendungen des dauernden Gebrauchs.

Beispielpräsentation

Um die Geometrie des Zusammenbaues des Tube-Beispielentdeckers unveränderlich zu halten, ist die Probe normalerweise als eine flache Scheibe, normalerweise des Diameters 20-50 Mm bereit. Das wird in einer standardisierten, kleinen Entfernung vom Tube-Fenster gelegen. Weil die Röntgenstrahl-Intensität einem Umgekehrt-Quadratgesetz folgt, muss die Toleranz für dieses Stellen und für die Flachheit der Oberfläche sehr dicht sein, um einen repeatable Röntgenstrahl-Fluss aufrechtzuerhalten. Weisen, Beispielscheiben zu erhalten, ändern sich: Metalle können maschinell hergestellt werden, um sich zu formen, Minerale können fein Boden und gedrückt in einen Block sein, und Brille kann zur erforderlichen Gestalt geworfen werden. Ein weiterer Grund dafür, eine flache und Oberfläche der repräsentativen Stichprobe zu erhalten, besteht darin, dass die sekundären Röntgenstrahlen von leichteren Elementen häufig nur von den wenigen Spitzenmikrometern der Probe ausstrahlen. Um weiter die Wirkung von Oberflächenunregelmäßigkeiten zu reduzieren, wird die Probe gewöhnlich an 5-20 rpm gesponnen. Es ist notwendig sicherzustellen, dass die Probe genug dick ist, um den kompletten primären Balken zu absorbieren. Für höhere-Z Materialien ist einige Millimeter-Dicke entsprechend, aber für eine Matrix des leichten Elements wie Kohle ist eine Dicke von 30-40 Mm erforderlich.

Monochromators

Das gemeinsame Merkmal von monochromators ist die Wartung einer symmetrischen Geometrie zwischen der Probe, dem Kristall und dem Entdecker. In dieser Geometrie wird die Beugungsbedingung von Bragg erhalten.

Die Röntgenstrahl-Emissionslinien sind sehr schmal (sieh Abbildung 2), so müssen die Winkel mit der beträchtlichen Präzision definiert werden. Das wird auf zwei Weisen erreicht:

• Flacher Kristall mit Soller collimators

Soller collimator ist ein Stapel von parallelen Metalltellern, unter Drogeneinfluss einiges Zehntel von ein Millimeter entfernt. Um Winkelentschlossenheit zu verbessern, muss man den collimator verlängern, und/oder den Teller-Abstand reduzieren. Diese Einordnung ist im Vorteil der Einfachheit und relativ niedrigen Kosten, aber die collimators reduzieren das Intensitäts- und Zunahme-Zerstreuen, und reduzieren das Gebiet der Probe und des Kristalls, der "gesehen" werden kann. Die Einfachheit der Geometrie ist für die variable Geometrie monochromators besonders nützlich.

File:dmwdxrfFlatXtalMonochrom.jpg|Figure 8: Flacher Kristall mit Soller collimators

File:dmwdxrfCurvedXtalMonochrom.jpg|Figure 9: Gekrümmter Kristall mit Schlitzen

• Gekrümmter Kristall mit Schlitzen

Die Kreisgeometrie von Rowland stellt sicher, dass die Schlitze beide im Fokus sind, aber in der Größenordnung von der Bedingung von Bragg, an allen Punkten entsprochen zu werden, muss der Kristall zuerst zu einem Radius 2R gebogen werden (wo R der Radius des Kreises von Rowland ist), dann gründen Sie sich zu einem Radius von R. Diese Einordnung erlaubt höhere Intensitäten, die mit der höheren Entschlossenheit (normalerweise 4-facher) und niedrigerer Hintergrund (normalerweise 8-fach) sind. Jedoch ist die Mechanik, Kreisgeometrie von Rowland in einem variablen Winkel monochromator zu behalten, äußerst schwierig. Im Fall vom festen Winkel monochromators (für den Gebrauch in gleichzeitigen Spektrometern) gibt die Kristallbegabung zu einer logarithmischen spiralförmigen Gestalt die beste sich konzentrierende Leistung. Die Fertigung von gekrümmten Kristallen zur annehmbaren Toleranz vergrößert ihren Preis beträchtlich.

Analyse-Linien

Die geisterhaften für die chemische Analyse verwendeten Linien werden auf der Grundlage von der Intensität, Zugänglichkeit durch das Instrument ausgewählt, und fehlen von Linienübergreifen. Typische Linien verwendet, und ihre Wellenlängen, sind wie folgt:

Andere Linien werden häufig, abhängig vom Typ der Probe und verfügbaren Ausrüstung verwendet.

Kristalle

Die wünschenswerten Eigenschaften eines Beugungskristalls sind:

• Hohe Beugungsintensität
• Hohe Streuung
• Schmale gebeugte Maximalbreite
• Hohe Spitze zum Hintergrund
• Abwesenheit von Störelementen
• Niedriger Thermalausdehnungskoeffizient
• Stabilität in Luft und auf der Aussetzung von Röntgenstrahlen
• Bereite Verfügbarkeit
• Niedrig Kosten

Kristalle mit der einfachen Struktur neigen dazu, die beste Beugungsleistung zu geben. Kristalle, die schwere Atome enthalten, können beugen so, sondern auch fluoresce selbst, Einmischung verursachend. Kristalle, die wasserlöslich, flüchtig sind oder organische, neigen dazu, schlechte Stabilität zu geben.

Allgemein verwendete Kristallmaterialien schließen LiF (Lithiumfluorid), ADP (Ammonium dihydrogen Phosphat), Ge (Germanium), Grafit, InSb (Indium antimonide), PE ein (tetrakis-(hydroxymethyl) - Methan: penta-erythritol), KAP (Kalium-Wasserstoff phthalate), RbAP (Rubidium-Wasserstoff phthalate) und TlAP (Thallium (I) Wasserstoff phthalate). Außerdem gibt es einen zunehmenden Gebrauch "layered synthetische Mikrostrukturen", die "belegter Butterbrot" sind, hat Materialien strukturiert, die aufeinander folgende dicke Schichten der niedrigen Atomnummer-Matrix und monatomic Schichten eines schweren Elements umfassen. Diese können im Prinzip Gewohnheitsverfertigt werden, um jede gewünschte lange Wellenlänge zu beugen, und werden umfassend für Elemente in der Reihe Li zum Mg verwendet.

Eigenschaften allgemein verwendeter Kristalle

Entdecker

Entdecker, die für die Wellenlänge dispersive Spektrometrie verwendet sind, müssen hohe Pulsverarbeitungsgeschwindigkeiten haben, um mit den sehr hohen Foton-Raten der Zählung fertig zu werden, die erhalten werden können. Außerdem brauchen sie genügend Energieentschlossenheit, um zu erlauben, des Nebengeräuschs und der unechten Fotonen vom primären Balken oder von der Kristallfluoreszenz durchzusickern. Es gibt vier allgemeine Typen des Entdeckers:

• Gasfluss proportionale Schalter
• gesiegelte Gasentdecker
• Funkeln entgegnet
• Halbleiter-Entdecker

Gasfluss proportionale Schalter wird hauptsächlich für die Entdeckung von längeren Wellenlängen verwendet. Benzin fließt dadurch unaufhörlich. Wo es vielfache Entdecker gibt, wird das Benzin durch sie der Reihe nach passiert, dann dazu gebracht verschwendet zu werden. Das Benzin ist gewöhnlich 90 % Argon, 10-%-Methan ("P10"), obwohl das Argon durch Neon oder Helium ersetzt werden kann, wo sehr lange Wellenlängen (mehr als 5 nm) entdeckt werden sollen. Das Argon wird durch eingehende Röntgenstrahl-Fotonen ionisiert, und das elektrische Feld multipliziert diese Anklage in einen messbaren Puls. Das Methan unterdrückt die Bildung von Leuchtstofffotonen, die durch die Wiederkombination der Argon-Ionen mit Streuelektronen verursacht sind. Die Anode-Leitung ist normalerweise Wolfram oder nichrome von 20-60 μm Diameter. Da die erhaltene Pulskraft zum Verhältnis des Entdecker-Raum-Diameters zum Leitungsdiameter im Wesentlichen proportional ist, ist eine feine Leitung erforderlich, aber es muss auch stark genug sein, um unter der Spannung aufrechterhalten zu werden, so dass es genau gerade und konzentrisch mit dem Entdecker bleibt. Das Fenster muss leitend, dünn genug sein, um die Röntgenstrahlen effektiv, aber dick und stark genug zu übersenden, um Verbreitung des Entdecker-Benzins ins Hochvakuum des monochromator Raums zu minimieren. Häufig verwendete Materialien sind Beryllium-Metall, aluminised LIEBLINGS-Film und aluminised Polypropylen. Ultradünne Fenster (unten zu 1 μm) für den Gebrauch mit dem niedrigen Durchdringen lange Wellenlängen sind sehr teuer. Die Pulse werden elektronisch durch die "Pulshöhe-Auswahl" sortiert, um jene Pulse zu isolieren, die auf die sekundären Röntgenstrahl-Fotonen zurückzuführen sind, die aufzählen werden.

Gesiegelte Gasentdecker sind dem Gasfluss proportionaler Schalter ähnlich, außer dass das Benzin dadurch nicht fließt. Das Benzin ist gewöhnlich Krypton oder xenon an einigem Atmosphäre-Druck. Sie werden gewöhnlich auf Wellenlängen in der 0.15-0.6 Nm-Reihe angewandt. Sie sind im Prinzip auf längere Wellenlängen anwendbar, aber werden durch das Problem beschränkt, ein dünnes Fenster zu verfertigen, das dazu fähig ist, dem Unterschied des Hochdrucks zu widerstehen.

Funkeln-Schalter bestehen aus einem funkelnden Kristall (normalerweise Natriums iodide lackiert mit dem Thallium) beigefügt einem Photovermehrer. Der Kristall erzeugt eine Gruppe des Funkelns für jedes Foton absorbiert, die Zahl, die zur Foton-Energie proportional ist. Das übersetzt in einen Puls vom Photovermehrer der zur Foton-Energie proportionalen Stromspannung. Der Kristall muss mit einem relativ dicken Folie-Fenster des Aluminiums/Berylliums geschützt werden, das den Gebrauch des Entdeckers zu Wellenlängen unter 0.25 nm beschränkt. Funkeln-Schalter werden häufig der Reihe nach mit einem Gasfluss proportionaler Schalter verbunden: Der Letztere wird mit einem Ausgang-Fenster gegenüber der kleinen Bucht versorgt, der der Funkeln-Schalter beigefügt wird. Diese Einordnung wird besonders in folgenden Spektrometern verwendet.

Halbleiter-Entdecker können in der Theorie verwendet werden, und ihre Anwendungen nehmen zu, als sich ihre Technologie verbessert, aber historisch ist ihr Gebrauch für WDX durch ihre langsame Antwort eingeschränkt worden (sieh EDX).

Das Extrahieren analytischer Ergebnisse

Auf den ersten Blick würde die Übersetzung von Röntgenstrahl-Foton-Zählungsraten in elementare Konzentrationen scheinen, aufrichtig zu sein: WDX trennt die Röntgenstrahl-Linien effizient, und die Rate der Generation von sekundären Fotonen ist zur Element-Konzentration proportional. Jedoch wird die Zahl von Fotonen, die Probe verlassend, auch durch die physikalischen Eigenschaften der Probe betroffen: so genannte "Matrixeffekten". Diese fallen weit gehend in drei Kategorien:

• Röntgenstrahl-Absorption
• Röntgenstrahl-Erhöhung
• makroskopische Beispieleffekten

Alle Elemente absorbieren Röntgenstrahlen einigermaßen. Jedes Element hat ein charakteristisches Absorptionsspektrum, das aus einer "Sägezahn"-Folge von Fransen besteht, von denen jede Stiefänderung Wellenlänge in der Nähe von einer Emissionslinie des Elements hat. Absorption verdünnt die sekundären Röntgenstrahlen, die Probe verlassend. Zum Beispiel ist der Massenabsorptionskoeffizient von Silikon an der Wellenlänge der Kα Aluminiumlinie 50 M ²/kg, wohingegen dieses von Eisen 377 M ²/kg ist. Das bedeutet, dass eine gegebene Konzentration von Aluminium in einer Matrix von Eisen nur einen gibt, die der Rate der Zählung im Vergleich zu derselben Konzentration von Aluminium in einer Silikonmatrix siebent sind. Glücklich sind Massenabsorptionskoeffizienten weithin bekannt und können berechnet werden. Jedoch, um die Absorption für eine Mehrelement-Probe zu berechnen, muss die Zusammensetzung bekannt sein. Für die Analyse einer unbekannten Probe wird ein wiederholendes Verfahren deshalb verwendet. Es wird bemerkt, dass, um die Massenabsorption genau abzuleiten, Daten für die Konzentration von durch XRF nicht gemessenen Elementen erforderlich sein können, und verschiedene Strategien verwendet werden, um diese zu schätzen. Als ein Beispiel, in der Zementanalyse, wird die Konzentration von Sauerstoff (der nicht gemessen wird) durch das Annehmen berechnet, dass alle anderen Elemente als Standardoxyde da sind.

Erhöhung kommt vor, wo die sekundären durch ein schwereres Element ausgestrahlten Röntgenstrahlen genug energisch sind, um zusätzliche Sekundäremission von einem leichteren Element zu stimulieren. Dieses Phänomen kann auch modelliert werden, und Korrekturen können ausgebessert werden vorausgesetzt, dass die volle Matrixzusammensetzung abgeleitet werden kann.

Makroskopische Beispieleffekten bestehen aus Effekten von Inhomogenitäten der Probe und unvertretenden Bedingungen an seiner Oberfläche. Proben sind ideal homogen und isotropisch, aber sie gehen häufig von diesem Ideal ab. Mischungen von vielfachen kristallenen Bestandteilen in Mineralpudern können auf Absorptionseffekten hinauslaufen, die von denjenigen abgehen, die aus der Theorie berechenbar sind. Wenn ein Puder in einen Block gedrückt wird, konzentrieren sich die feineren Minerale an der Oberfläche. Kugelförmige Körner neigen dazu, zur Oberfläche mehr abzuwandern, als winkelige Körner tun. In maschinell hergestellten Metallen neigen die weicheren Bestandteile einer Legierung dazu, über die Oberfläche zu schmieren. Beträchtliche Sorge und Einfallsreichtum sind erforderlich, diese Effekten zu minimieren. Weil sie Kunsterzeugnisse der Methode der Beispielvorbereitung sind, können diese Effekten nicht durch theoretische Korrekturen ersetzt werden, und müssen in "kalibriert werden". Das bedeutet, dass die Kalibrierungsmaterialien und der unknowns compositionally und mechanisch ähnlich sein müssen, und eine gegebene Kalibrierung nur auf eine beschränkte Reihe von Materialien anwendbar ist. Brille nähert sich am nächsten dem Ideal der Gleichartigkeit und Isotropie, und für die genaue Arbeit, Minerale sind gewöhnlich durch das Auflösen von ihnen in einem borate Glas und das Gussteil von ihnen in eine flache Scheibe oder "Perle" bereit. Bereit in dieser Form ist eine eigentlich universale Kalibrierung anwendbar.

Weitere Korrekturen, die häufig verwendet werden, schließen Hintergrundkorrektur und Linienübergreifen-Korrektur ein. Das Hintergrundsignal in einem XRF Spektrum stammt in erster Linie davon ab, sich primärer Balken-Fotonen durch die Beispieloberfläche zu zerstreuen. Das Zerstreuen ändert sich mit der Beispielmassenabsorption, größt seiend, wenn Mittelatomnummer niedrig ist. Wenn man Spur-Beträge eines Elements misst, oder wenn das Messen auf einer variablen leichten Matrix, Hintergrundkorrektur notwendig wird. Das ist wirklich nur auf einem folgenden Spektrometer ausführbar. Linienübergreifen ist ein häufiges Problem, denkend, dass das Spektrum eines komplizierten Minerals mehrere hundert messbare Linien enthalten kann. Manchmal kann es durch das Messen weniger - intensive aber Linie ohne Übergreifen überwunden werden, aber in bestimmten Beispielen ist eine Korrektur unvermeidlich. Zum Beispiel ist der Kα die einzige verwendbare Linie, um Natrium zu messen, und es greift auf das Zink Lβ (L-M) Linie über. So muss Zink, wenn anwesend, analysiert werden, um den Natriumswert richtig zu korrigieren.

Andere spektroskopische Methoden mit demselben Grundsatz

Es ist auch möglich, eine charakteristische sekundäre Röntgenstrahl-Emission mit anderer Ereignis-Radiation zu schaffen, um die Probe zu erregen:

• Elektronbalken: Elektronmikrountersuchung (oder Mikrountersuchung);
• Ion-Balken: Partikel hat Röntgenstrahl-Emission veranlasst (PIXE).

Wenn ausgestrahlt, durch einen Röntgenstrahl-Balken strahlt die Probe auch andere Radiationen aus, die für die Analyse verwendet werden können:

• Elektronen haben durch die fotoelektrische Wirkung Schleudersitz betätigt: Röntgenstrahl-Photoelektronspektroskopie (XPS), auch genannt Elektronspektroskopie nach der chemischen Analyse (ESCA)

Die De-Erregung vertreibt auch Erdbohrer-Elektronen, aber Erdbohrer-Elektronspektroskopie (AES) verwendet normalerweise einen Elektronbalken als die Untersuchung.

Mikroskopie-Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Bildaufbereitung von Confocal ist eine neuere Technik, die Kontrolle über die Tiefe zusätzlich zum horizontalen und vertikalen Zielen zum Beispiel erlauben, als das Analysieren Schichten in einer Malerei begraben hat.

Instrument-Qualifikation

Eine 2001-Rezension, richtet die Anwendung der tragbaren Instrumentierung von QA/QC Perspektiven. Es stellt einem Handbuch zur Entwicklung von einer Reihe von EINGETUNKTEN BISSEN zur Verfügung, wenn Durchführungsgehorsam-Richtlinien nicht verfügbar sind.

Siehe auch

• Emissionsspektroskopie
• Liste von Material-Analyse-Methoden
• Mikroröntgenstrahlfluoreszenz
• Wirkung von Mössbauer, widerhallende Fluoreszenz der Gammastrahlung
• Röntgenstrahl-Fluoreszenz-Holographie

Referenzen

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Links