能量色散X射线荧光分析基本参数法研究与初步应用

论文摘要

使用Si-PIN探测器和嵌入式计算机的便携式高能量分辨率X射线荧光（EDXRF）分析仪,建立起基本参数法数学校正模型,利用该方法对基体元素的吸收增强效应进行校正。首先对能量色散X射线荧光分析基本参数法发展和现状进行了综述,介绍了目前基本参数法中准确程度较高的重要物理常数、参数、荧光强度等理论或经验拟合计算公式,并对其中算法进行了深入的研究,设计并实现基本参数法的计算程序,通过初步应用,取得了如下的成果:（1）由于激发因子与荧光产额、谱线分数、吸收限跃迁因子有关,其计算程序源代码复杂,因此需要对激发因子进行研究,本论文是在前人的理论和大量实验数据基础上进行新的拟合研究,提出了激发因子的计算公式,其准确程度已达到实际的需要。（2）根据基本参数法实际计算方法,基于C语言开发出基本参数法计算程序,能够实现一次（原级）荧光强度、二次（次级）荧光强度、相对总荧光强度、质量吸收系数、激发因子、荧光产额、谱线分数、吸收限跃迁因子、特征X射线能量、临界激发能量等值的计算。（3）应用所编制的程序对所配制的合金样品,部分地质样品即铜、铅、锌矿样和铜、锌矿样及铬、镍矿样进行了定量分析,对于配制的合金样品,该样中的Mn元素含量在6%以下的最大相对误差的绝对值达到25.3%,含量在6%-17%之间的最大相对误差的绝对值不超过10.5%;Fe元素含量在6%以下的最大相对误差的绝对值达到29.9%,含量在6%-26%之间的最大相对误差的绝对值不超过11.2%;Co元素含量在6%以下的最大相对误差的绝对值达到12.1%,含量在6%-13%之间的最大相对误差的绝对值不超过10.9%,含量在13%-30%之间的最大相对误差的绝对值不超过5.8%;Ni元素含量在11.01%以下的最大相对误差的绝对值达到12.6%,含量在11.01%-44.32%之间的最大相对误差的绝对值不超过5.95%;Cu元素含量在13.45%以下的最大相对误差的绝对值达到13.9%,含量在13.45%-20.12%之间的最大相对误差的绝对值不超过5.7%;Zn元素含量在17.16%-54.79%之间的最大相对误差的绝对值不超过3.63%。而对于地质样品,矿样中的Cu元素含量在500μg/g以下的最大相对误差的绝对值达到56.44%,含量在500μg/g-2000μg/g之间的最大相对误差的绝对值不超过48.63%;Zn元素含量在5300μg/g以下的最大相对误差的绝对值达到22.87%,含量在5300μg/g-26600μg/g之间的最大相对误差的绝对值不超过19.96%;Pb元素含量在8700μg/g以下的最大相对误差的绝对值达到31.9%,含量在8700μg/g-81500μg/g之间的最大相对误差的绝对值不超过13.96%;Cr元素含量在545μg/g以下的最大相对误差的绝对值达到20.04%,含量在545μg/g-1507μg/g之间的最大相对误差的绝对值不超过8.64%;Ni元素含量在488μg/g以下的最大相对误差的绝对值达到54.9%,含量在488μg/g-1090μg/g之间的最大相对误差的绝对值不超过10.09%。结果表明高含量段的相对误差较小,低含量段的相对误差较大,但其准确度基本上接近化学分析结果,从而可以说明其计算程序执行的可靠性,该法基本上能满足生产的需要。（4）为了考察测量的重现性,进行了精密度试验即用该法去分析几类标准的地质矿样与某一配制的标准合金样品,在同一条件下用本法对同一样品作10次平行测试,其精确度较高,镍元素最大相对标准偏差为5.78%,而其它元素的最大相对标准偏差不超过2.58%,稳定性较理想。本次算法研究达到了预期的目的,通过对配制的合金样品与一些矿样进行了分析,结果表明其准确度和精密度均可满足材料配方和成品的在线分析。该方法能够较好地克服基质中元素的吸收和增强效应,取得了应用的初步成果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 选题依据、研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题来源与主要研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 成果特色
• 1.5 论文组织结构
• 第2章 X射线荧光分析重要参数理论计算
• 2.1 X射线吸收系数
• 2.1.1 X射线吸收
• 2.1.2 质量吸收系数
• 2.2 荧光产额
• 2.3 谱线分数
• 2.4 吸收限突变与吸收限跃迁因子
• 2.4.1 吸收限的突变
• 2.4.2 吸收限跃迁因子
• 2.5 特征X射线能量
• 2.6 轨道电子结合能和临界激发能量
• 2.7 能量与波长的换算关系
• 2.8 等效原子序数
• 第3章 X射线荧光强度理论计算
• 3.1 激发因子
• 3.2 谱仪的几何因子
• 3.3 一次（原级）荧光强度计算
• 3.3.1 单色X射线激发时一次荧光强度计算
• 3.3.2 多色X射线激发时一次荧光强度计算
• 3.4 二次（次级）荧光强度计算
• 3.4.1 单色X射线激发时二次荧光强度计算
• 3.4.2 多色X射线激发时二次荧光强度计算
• 3.5 三次（第三级）荧光强度计算
• 3.6 X射线荧光相对强度理论计算
• 第4章 X射线荧光基本参数法定量分析
• 4.1 基体效应研究
• 4.2 基本参数法原理
• 4.3 基本参数法的计算方法
• 第5章 基本参数法计算程序的设计与实现
• 5.1 程序的基本功能介绍
• 5.2 程序框图内容介绍及具体流程图内容介绍
• 5.2.1 程序框图与其内容介绍
• 5.2.2 数据处理流程图及其内容介绍
• 第6章 应用效果
• 6.1 仪器与实验条件
• 6.1.1 仪器
• 6.1.2 放射性核素源
• 6.1.3 Si-PIN探测器
• 6.1.4 制样技术与测量方法
• 6.2 测量结果与讨论
• 6.2.1 准确度试验
• 6.2.2 精密度试验
• 结论
• 致谢
• 参考文献