双色散-双聚焦X射线光谱仪研制与特性研究

作     者：沈亚婷 韩凌云 陈俊茹 郭荣 朱帅 李迎春 马生凤 朱云 张保科 罗立强 SHEN Ya-ting;HAN Ling-yun;CHEN Jun-ru;GUO Rong;ZHU Shuai;LI Ying-chun;MA Sheng-feng;ZHU Yun;ZHANG Bao-ke;LUO Li-qiang

作者机构：国家地质实验测试中心北京100037 自然资源部生态地球化学重点实验室北京100037 中国地质大学(北京)北京100083 

基　　金：国家重点研发计划项目(2022YFC3700803) 国家自然科学基金面上项目(41877505)资助 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2024年第44卷第10期

页      码：2827-2833页

摘      要：X射线发射谱技术(XES)是一种原位无损获得元素化学形态的技术方法,目前国内外实验室型X射线发射谱测定装置的研制尚处于探索阶段。能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱仪和波长色散X射线荧光(WDXRF)光谱仪在地质、环境、考古等多学科领域得到广泛应用,然而,EDXRF虽结构简单,可实现多元素快速无损检测,但分辨率不理想、谱线干扰严重,检出限较差;WDXRF虽可分辨常规应用中多数具有谱线重叠特性的元素,但结构复杂成本高。为探索实验室型XES装置研制,该研究综合了能量色散X射线荧光和波长色散X射线荧光的性能优势,提出了一种波长-能量双色散、激发-发射双聚焦X射线光谱仪(DDF-XRS)设计理念,并成功研制了原理样机。实验数据和分析结果显示,该DDF-XRS型光谱仪兼具聚焦X射线和波长与能量色散光谱仪的优点,结构简单,信噪比好,具有高分辨率和低检出限特性。通过波长-能量双色散技术,X射线首先被晶体衍射发生波长色散,从而获得单色光,同时利用硅漂移探测器的能量色散特性,降低谱线干扰误判风险,提高分析结果准确,该技术克服了WDXRF结构复杂和EDXRF能量分辨率不足的限制,凸显了双色散的必要性和优越性。目前DDF-XRS光谱仪分辨率45 eV,可减少过渡金属K_(β)对K_(α)峰的谱线重叠影响;同时,显著降低了连续谱背景,最优信噪比>1000;测定地质样品中的Cr,检出限可达0.26 mg·kg^(-1)。应用DDF-XRS,一定程度上已可分辨过渡金属K_(α1)和K_(α2)谱线,如结合线性或二维阵列探测器,则有望进一步提高分辨率,实现X射线发射指纹谱的测定,以获得分析元素的化学形态。由于目前的晶体特性尚不能达到完全分辨过渡金属的重叠谱线的性能要求,故探寻具有高分率能力、高衍射强度特性的弯晶,将成为下一步的研究重点。

主 题 词：X射线光谱 弯晶 聚焦 波长色散 能量色散 

学科分类：081704[081704] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 070302[070302] 0703[理学-化学类] 

核心收录：

D　O　I：10.3964/j.issn.1000-0593(2024)10-2827-07

馆 藏 号：203144037...