X射线荧光光谱基本参数法及表征薄膜样品的研究

• 作 者: 韩小元
• 机 构: 中国科学院上海硅酸盐研究所
• 出 处: 中国科学院上海硅酸盐研究所
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: X射线荧光光谱 基本参数法 散射效应 荧光强度增强 薄膜样品 定量分析

基本参数法在X射线荧光光谱定量分析领域中的研究和应用越来越广泛。散射效应是长期被人们所忽视的一种荧光增强效应，这种忽略造成了基本参数法理论模型不完善。本论文以基本参数法理论计算公式为基础，重点系统地研究了散射效应对荧光强度的贡献及受样品类型影响的变化规律。研究了基本参数法在表征薄膜样品领域中的散射增强效应、不同层含有同一种元素的样品表征以及计算薄膜厚度的谱线选择问题。　　
以纯元素样品、BaB合金样品和熔融片样品三种样品为例，首次系统地研究了不同类型样品中三种散射效应(包括相干散射线激发的荧光强度、非相干散射线激发的荧光强度及一次荧光被散射进探测器的荧光强度)对荧光强度的贡献，并从理论上对增强规律进行了合理解释。研究结果表明，散射效应对荧光强度的增强随元素的特征谱线能量增大而增大；样品的基体越轻，散射增强荧光强度越大。对于实际分析中经常采用的熔融片样品，三种散射效应增强的荧光强度可以占一次荧光强度的几个到十几个百分点。理论模拟研究了X光管激发电压和靶材对散射增强效应的影响。研究发现，X光管的激发电压越高，非相干散射效应对荧光强度的贡献越大，而另外两种散射增强效应对荧光强度的贡献越小。　　
通过对一组熔融片样品中研究元素相对强度的测量值与理论计算值进行比较，首次证明了将散射增强效应包括在荧光强度理论计算中，可以有效地提高理论计算的准确度。这为基本参数法采用非相似标样校正的研究和应用提供一个有力的支持。　　
以基本参数荧光强度理论计算公式为基础，研究了在连续谱激发条件下，元素谱线的一次荧光相对强度、二次荧光相对强度和二次荧光在总荧光强度中所占比例都随薄膜厚度及位置的变化关系。　　
首次推导给出了无限厚基材上的单层薄膜样品中各种散射增强效应对荧光强度贡献的基本参数计算公式。研究结果表明，散射效应增强荧光强度与薄膜厚度有关。并针对同一薄膜Zn/Fe样品，研究了不同薄膜厚度情况下，样品中Fe的二次增强效应与散射增强效应之间的关系。对于Zn/Fe薄膜样品，当Zn层厚度较大的情况下，二次增强效应对荧光强度的贡献远大于散射效应对荧光强度的贡献。但是，当薄膜厚度较小的时候，散射效应对荧光强度的贡献则远大于二次增强效应对荧光强度的贡献。　　
研究中从基本参数公式出发，理论论证了通过测量共同元素两条不同线系谱线的强度可以对不同层含有同一元素的特殊薄膜样品进行表征。　　
通过本研究提供了散射效应增强荧光强度的计算方法，补充了基本参数法理论模型，提高了基本参数法理论计算的准确度，并且为扩大基本参数法在分析薄膜领域中的研究和应用打下基础。