X射线荧光光谱仪在真空开关管中的应用

　　分析化学在第二次世界大战前后引发了第二次大变革,新的分析仪器和仪器分析方法的涌现,如:荧光分析法、色谱法等,使分析化学由以化学分析为主的经典分析化学发展为以仪器分析为主的现代分析化学。目前分析化学正处在第三次大革命时期,其最显著的特点是分析化学突破了原来化学的范畴,已发展成为多学科交叉渗透的综合性的分析化学信息科学。而20世纪50年代,由于X射线检测方法的完善和高功率、输出稳定的X射线管的研制成功,X射线荧光分析方法开始广泛使用。随着计算机的发展和广泛使用,使得各种基体效应的数学校正计算成为可能,X射线荧光分析的速度和准确度都得到极大提高。特别是北京真空电子技术研究所于2001年购买的日本岛津公司的EDX-700型能量色散型X射线荧光光谱仪,是目前世界上X射线荧光光谱仪中较为先进的一种,该仪器自投入使用以来,已为北京真空电子技术研究所分析了几千个样品,为材料使用方提供了可靠的分析数据,解决了很多问题。近几年来,真空开关管的生产和使用越来越广泛,其生产过程中的材料控制是质量保证的关键程序之一,因此,快捷、准确的材料分析手段是必不可少的,X射线荧光光谱仪则在此发挥了极其重要的作用。本文着重介绍X射线荧光光谱仪的方法原理和在真空开关管中的应用。

　　1　方法原理

　　X射线荧光光谱分析法的原理基于特征X射线(或称荧光),如图1所示。它的产生过程可以分两步来讨论:第一步,高能量子如X射线与原子发生碰撞,从中驱逐出一个内层电子,使原子处于激发态;第二步,原子内层电子重新配位,即原子中的内层电子空位由较外层电子补充,同时放射出X射线荧光。一个较外层电子在补充内层电子空位时放出的能量与两个电子所在轨道的能量之间的差值准确相当,因此释放出的X射线荧光的能量等于两个能量间的能量差,即

　　式中:n1,n2分别为壳层电子跃迁前后所处壳层的主量子数,里德伯常数R为109677.6 cm-1,普朗克常数h为6.62×10-34J/s,光速c为3.0×1010cm/s,an为正数,与内层的电子数有关,Z为原子序数。

　　由式(1)可以看出:其能量与元素的原子序数Z的平方成正比,或者说每个谱系的X射线荧光能量(或波长倒数)的平方根和原子序数Z成线性关系,即著名的莫塞莱定律。

　　X射线荧光是各种元素固有的,不同原子序数的元素放出的荧光X射线的能量(或波长)是不同的,这就是X射线荧光光谱定性分析方法的依据。若试样中某个元素含量高,则该元素X射线荧光的能量强;反之荧光强度弱。这说明X射线荧光强度与分析元素含量之间存在线性关系,为X射线的定量分析提供了理论依据。