X射线仪的领域与应用

X射线分析

有几种类型的分析 X 射线系统，例如 X 射线荧光 (XRF)、X 射线衍射 (XRD)、XAFS、XPS (ESCA)、SAXS 和 EPMA。X 射线荧光光谱仪 (XRF) 包括能量色散 X 射线分析 (EDX) 和波长色散 X 射线分析 (WDX)，用于将 X 射线照射在样品上以确定构成样品的元素和他们的内容。不同的元素具有不同波长的X射线，因此当用X射线照射样品时，返回具有不同波长（能量）的X射线。

在波长色散 X 射线分析中，不同波长的 X 射线会改变衍射角，因此当 X 射线照射到光谱晶体上时，它们会被波长解析。将样品反射回来的荧光X射线注入单色器晶体进行光谱分析，就像可见光被棱镜分光一样，每个波长的X射线强度由检测器测量。在能量色散 X 射线分析中，半导体检测器接收荧光 X 射线，并对信号进行处理以测量每个波长的 X 射线强度。这两种方法都使用X射线管，需要灯丝电源产生热电子和X射线加速电压电源。

产生X射线的方法有很多种，包括阳极接地和阴极接地两种；阴极接地的 X 射线通常用于 XRF，阳极接地的 X 射线用于 XRD。与无损检测 X 射线不同，分析型 X 射线不需要太多加速电压。因此，电压可以达到 60 kV，但可能需要光强度（亮度）。在这种情况下，使用了几千瓦的 X 射线管，并通过水冷来防止管子过热。内置于设备中的检测器可能还需要几百伏到几千伏的电源系统。

主要应用：

X 射线荧光光谱仪 (XRF) ，X射线衍射仪（XRD） ，能量色散 X 射线分析 (EDX) ，波长色散 X 射线分析 (WDX) ，灯丝电源 ，加速电压

威思曼拥有一系列可用于X射线管的电源。示例：XRNXRDXRAXRW

波长和能量是从不同的角度来观察描述X射线所采用的两个物理量。由此研发的两种XRF：波长色散型X射线荧光光谱仪（WD-XRF）能谱色散型X射线荧光光谱仪（ED-XRF），两种仪器有哪些区别与联系，成为了XRF使用人员的都应该知道的基础知识。

X射线荧光分析仪是一种比较新型的可以对多元素进行快速同时测定的仪器。在X射线激发下，被测元素原子的内层电子发生能级跃迁而发出次级X射线（X-荧光）。

随着科学技术的进步在60年代初发明了半导体探测仪器后，对X荧光进行能谱分析成为可能。 能谱色散型X射线荧光光谱仪（ED-XRF） ， 用X射线管产生原级X射线照射到样品上，所产生的特征X射线（荧光）这节进入SI(LI)探测器，便可以据此进行定性分析和定量分析，第一台ED-XRF是1969年问世的。近几年来，由于商品ED-XRF仪器及仪表计算机软件的发展，功能完善，应用领域拓宽，其特点，优越性日益搜到认识，发展迅猛。

WD-XRF与ED-XRF的区别

虽然光波色散型（WD-XRF） X 射线荧光光谱仪与能量色散型（ED-XRF）X射线荧光光谱仪同属于X射线荧光分析仪，它们产生信号的方法相同，最后得到的波谱也极为相似，但由于采集数据的方式不同，WD-XRF（波谱）与ED-XRF(能谱)在原理和仪器结构上有所不同，功能也有区别。

1、原理区别

X射线荧光光谱法，是用X射线管发出的初级线束辐照样品，激发各化学元素发出二次谱线（X-荧光）。

波长色散型荧光光谱仪（WD-XRF） 是用 分光近体 将荧光光束色散后，测定各种元素的特征X射线波长和强度，从而测定各种元素的含量。

能量色散型荧光光谱仪（ED-XRF） 是借组 高分辨率敏感半导体检查仪器与多道分析器 将未色散的X射线荧光按光子能量分离X色线光谱线，根据各元素能量的高低来测定各元素的量，由于原理的不同，故仪器结构也不同。

2、结构区别

波长色散型荧光光谱仪（WD-XRF） ，一般由 光源（X-射线管），样品室，分光晶体和检测系统 等组成。

为了准且测量衍射光束与入射光束的夹角，分光晶体系统安装在一个精密的测角仪上，还需要一庞大而精密并复杂的机械运动装置。由于晶体的衍射，造成强度的损失，要求作为光源的X射线管的功率要打，一般为2-3千瓦，单X射线管的效率极低，只有1%的功率转化为X射线辐射功率，大部分电能均转化为而能产生高温，所以X射线管需要专门的冷却装置（水冷或油冷），因此波谱仪的价格往往比能谱仪高。

能量色散型荧光光谱仪（DE-XRF）， 一般由光源（X-线管），样品室和检测系统等组成 ，与波长色散型荧光光谱仪的区别在于他不分光晶体，由于这一特点使能量色散型荧光光仪具有如下的优点：

（1）仪器结构简单。 装置既省略了晶体的精密运动装置，也无需精确调整。还避免了晶体衍射所照成的前度损失，光源使用的X射线管功率低，一般在100W一下，不需要昂贵的高压发生器和冷却系统，空气冷却即可，节省电力。

（2）能量色散型荧光光仪的光源。 样品，检测器彼此靠得越近，X射线的利用率很高，不需要光学聚集，在累计整个光谱时，对样品位置变化不象波长色散型荧光光谱仪那样敏感，对样品形状也无特殊要求。

（3）在能量色散型荧光光谱仪中，样品发出的全部特征X射线光子同时进入检测器， 这样奠定了使用多道分析器和荧光同时累计和现实全部能谱（包括背景）睇基础，也能清楚地表明背景和干扰线。因此，半导体检测器X射线光谱仪能比晶体X射线光谱仪快而方便地完成定性分析工作。

（4）能量色散型荧光光谱仪减小了化学状态引起的分析线波长的漂移影响。 由于同时累积还减少了一起的漂移影响，提高净计算的统计精度，可迅速而方便地用各种方法处理光谱。同时累积观察和测量所有元素，而不是按特定谱线分析特定元素。因此，减少偶然错误判断某元素的可能性。

3、功能区别

考虑到各种情况，能量色散型荧光光谱仪和波长色散型荧光光谱仪的 检测限 基本相同。

但在（高能光子）范围内能量色散型荧光光谱仪分辨率好些，在长波（低能光子）范围内，波长色散型荧光光谱仪的分辨率好些。

就定性分析而言，在分析多种元素时能量色散型荧光光谱仪优于单道晶体谱仪。就测量个别分析元素而言，波长色散型荧光光谱仪更优。如果分析的元素事先不知道，用能量色散较好，而分析元素已知则用多道晶体色散仪好。

对易受放射性损伤的样品，如果液体，有机物（可能发生辐射分解），玻璃品，工艺品（可能发生褪色）等，用能量色散型荧光光谱仪分析特别有利。能量色散型荧光光谱仪很适合动态系统的研究。如在催化，腐蚀，老化，磨损，改性和能量转换等与表面化学过程有关的研究。

总之，WD-XRF与ED-XRF两种仪器，各有所有优点和不足，它们只能互补，而不能替代。

WD-XRF与ED-XRF的简明比较

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