波長(zhǎng)色散X射線光譜分析儀中干擾譜線的來(lái)源及消除-華普通用
在波長(zhǎng)色散X射線光譜分析儀中,由于譜線之前互相干擾比較少,并且減少這種干擾的方法較多,在多數(shù)情況下譜線干擾現(xiàn)象不是影響分析結(jié)果的主要因素。但是在某些情況如稀土化合物中稀土元素的測(cè)定中,譜線重疊現(xiàn)象仍然是嚴(yán)重的。這種干擾,輕則影響強(qiáng)度的確定,增加分析線強(qiáng)度測(cè)量的統(tǒng)計(jì)誤差,降低分析元素的測(cè)定靈敏度;重則是某些分析元素特別是微量元素?zé)o法準(zhǔn)確測(cè)定。因此克服干擾譜線對(duì)于改善測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度是十分必要的。
一、干擾譜線的來(lái)源
XRF分為波長(zhǎng)色散和能量色散兩大分支,由于激發(fā)、色散和檢測(cè)方法不同,他們對(duì)譜線干擾的處理辦法有所不同。這里主要討論應(yīng)用普通X光管激發(fā)的波長(zhǎng)色散X射線光譜分析儀法中的譜線干擾問(wèn)題。對(duì)于利用各種激發(fā)源的能散法,只作簡(jiǎn)單比較。為區(qū)別兩種方法的譜線干擾,分為稱它們?yōu)椴ㄩL(zhǎng)干擾和能譜干擾。
1)波長(zhǎng)干擾
所謂波長(zhǎng)干擾,指的是分析線或各種參比線,受到x射線管、樣品和光路中發(fā)射出來(lái)的波長(zhǎng)相近譜線的干擾,這些波長(zhǎng)相近的譜線,一般包括相干和不相干散射兩種。
①X射線管
由X射線管發(fā)射出來(lái)的干擾線,首先,可能來(lái)自靶材本身,包括靶元素及有關(guān)雜質(zhì)(例如鎢靶中的銅)的發(fā)射線,其次,在x射線管的長(zhǎng)期使用中,可能由于燈絲及其它有關(guān)構(gòu)件(包括銀焊料)的升華噴濺或其它原因,造成靶面或管窗的玷污,也是產(chǎn)生干擾線的一種來(lái)源。再次,由于x射線管構(gòu)件受激發(fā)或陰極電子束的不適當(dāng)聚焦,也可能產(chǎn)生原級(jí)或次級(jí)的發(fā)射線。在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)合理的x射線管中,主要干擾線可能來(lái)自前者,后兩種原因一般不占顯著地位。
②樣品
樣品中其它元素發(fā)射出來(lái)的干擾線,主要是強(qiáng)度較大的圖表線,多數(shù)非圖表線或禁戒線的強(qiáng)度都很低(除某些輕元素有較強(qiáng)的非圖表線外),并且很少造成對(duì)分析線或參比線的干擾其中由于圖表線造成的干擾,除稀土元素外,還有其它元素,突出的如Z=22(Ti)到26(Fe)等相鄰元素,它們的Kα和Kβ線之間的重疊也是很嚴(yán)重的。此外,不同譜系和不同反射級(jí)譜線之間的重疊,以及這些元素的Lβ1I和KβII線之間的重疊,也是很典型的。
除樣品本身產(chǎn)生的干擾線外,由于樣品晶態(tài)的變化,將對(duì)原級(jí)標(biāo)識(shí)光譜的散射強(qiáng)度帶來(lái)顯著的影響,這就是所謂樣品的衍射效應(yīng)。以半導(dǎo)體硅片為例,單一晶態(tài)的硅樣品將對(duì)原級(jí)標(biāo)識(shí)光譜產(chǎn)生勞厄衍射,而高度定向的多晶硅樣品,將對(duì)各種波長(zhǎng)原級(jí)入射線產(chǎn)生德拜-謝樂(lè)(Debye-Scherrer)衍射。如果這種多晶硅被制成粉狀樣品,或利用樣品旋轉(zhuǎn)器使它處在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),則在記錄紙上觀察到的只是由靶材發(fā)射出來(lái)的少數(shù)散射線;如果樣品取的是多晶硅片,而且不用旋轉(zhuǎn)器,那么對(duì)于由鎢靶發(fā)出的Lβ2線,當(dāng)樣品面每轉(zhuǎn)動(dòng)12°(手動(dòng))后靜放時(shí),就可以在不同方位上,觀察到強(qiáng)度不同的或?qū)捇蛘腖β2峰。因此,對(duì)于多晶態(tài)樣品,當(dāng)它固定在一定方位時(shí),從記錄紙上可以看到許多尖峰的出現(xiàn)。這些尖峰,就是由具有不同晶面間距d的晶面與人射線形成不同的衍射角,從而產(chǎn)生符合布拉格條件的衍射得來(lái)的。顯而易見(jiàn),這些尖峰的存在及其隨樣品方位的變化,將干擾分析線或參比線的強(qiáng)度測(cè)量。
③光路
由光路和晶體衍射過(guò)程可能帶來(lái)的譜線干擾,通常并不嚴(yán)重,但其來(lái)源則比較復(fù)雜。諸如,標(biāo)本座及有關(guān)構(gòu)件發(fā)射的次級(jí)光譜,樣品底座(如聚酯薄膜、離子交換樹(shù)脂和濾紙等)中痕量雜質(zhì)的次級(jí)光譜,由準(zhǔn)直器金屬片發(fā)出的次級(jí)光譜,以及由晶體分析器產(chǎn)生的附加發(fā)射和異常發(fā)射等。
2)能譜干擾
在各種探測(cè)器結(jié)合脈沖幅度分析器使用時(shí),對(duì)一定波長(zhǎng)的譜線,將產(chǎn)生具有平均脈沖幅度正比于光子能量的脈沖幅度分布。這種脈沖幅度分布的能譜干擾,不只是來(lái)自激發(fā)源、樣品成光路中的干擾線,也可能來(lái)自計(jì)數(shù)器的逃逸峰在氣體探測(cè)器中,決定于所充的情性氣體種類(Ar、Kr或Xe等)及其能量分辨率;閃爍探測(cè)器則決定于閃爍體(NaI)產(chǎn)生的次級(jí)發(fā)射及探測(cè)器的分辨率;等等,同時(shí),在選擇脈沖幅度時(shí),還應(yīng)注意脈沖幅度可能發(fā)生的漂移或畸變。
然而,在波長(zhǎng)色散X射線光譜分析儀中,使用脈沖幅度分析器,常可很好地消除高次級(jí)反射線的干擾。
二、譜線干擾的消除
在X射線光譜法中,如上所述,譜線干擾的來(lái)源基本上可分為兩方面,即發(fā)生于儀器和樣品本身。屬于樣品中固有的干擾線除采用化學(xué)分離方法去除干擾元素外,有的也可以利用儀器方法來(lái)克服,或者進(jìn)行數(shù)學(xué)上的校正,現(xiàn)在,對(duì)以上兩種來(lái)源的干擾線,如何從儀器上克服和進(jìn)行數(shù)學(xué)上的校正,分別討論如下:
1)激發(fā)源
對(duì)于X射線管說(shuō)來(lái),可以根據(jù)可能產(chǎn)生譜線干擾的來(lái)源,更換適當(dāng)靶材的x射線管,選擇足以抑制干擾譜線出現(xiàn)的管壓,將樣品屏蔽到較小的區(qū)域以減少?gòu)?qiáng)大的原級(jí)標(biāo)識(shí)光譜的散射等。若還不能有效地克服來(lái)自激發(fā)源的干擾時(shí),有時(shí)也可以采用濾光片以消除干擾線,或者以原級(jí)束照射能夠產(chǎn)生波長(zhǎng)略短于分析元素吸收限的次級(jí)靶,然后以次級(jí)靶作為試樣的激發(fā)源。
以上克服譜線干擾的各種方法,往往在不同程度上犧牲了分析線的強(qiáng)度,可是,由于消除或抑制了干擾線,與此同時(shí)也在大多數(shù)情況下抑制了散射線本底的強(qiáng)度,因而常常不會(huì)影響到測(cè)定的靈敏度在波長(zhǎng)色散法中,它的主要缺點(diǎn)是,為積累足夠大的計(jì)數(shù),需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。在能量色散法中則不存在這個(gè)問(wèn)題,而且靈敏度也很高。
2)分析晶體與光路
對(duì)一定結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)色散X射線光譜分析儀說(shuō)來(lái),可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)姆治鼍w,以消除存在于樣品中干擾元素的偶數(shù)級(jí)反射線對(duì)分析線(或參比線)干擾。此外選擇分辨率高的分析晶體和準(zhǔn)直器,有時(shí)也可以消除或減輕某些譜線的干擾。
其它的,在光路中可變 的部件就是標(biāo)本座、樣品的薄膜底座和x射線束衰減 (減光板)等。有時(shí),還有可能用到濾光片,對(duì)于這些可變的部件,可以根據(jù)實(shí)際情況作出選擇,以便將譜線干擾限制在最低限度。
3)探測(cè)和測(cè)量系統(tǒng)
盡可能選擇有利工作條件,以減少或消除上述激發(fā)源和光學(xué)系統(tǒng)無(wú)法消除的干擾譜線。