元素分析的原理

大家好！今天让创意岭的小编来大家介绍下关于元素分析的原理的问题，以下是小编对此问题的归纳整理，让我们一起来看看吧。

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本文目录:

• 1、为什么x射线光电子能谱适用于元素分析，而紫外光电子能谱则不能

• 2、做的材料需要做元素分析，请问怎么做

• 3、金属元素分析仪的原理

• 4、不锈钢多元素分析仪的工作原理

一、为什么x射线光电子能谱适用于元素分析，而紫外光电子能谱则不能

虽然同属光电子能谱，但是两者适用范畴显然有差异。

我们先看XPS（X射线光电子能谱），XPS进行元素分析是基于以下原理：“不同元素的同一内壳层电子（inner shell electron）（如1s电子）的结合能各有不同的值而外，给定原子的某给定内壳层电子的结合能还与该原子的化学结合状态及其化学环境有关，随着该原子所在分子的不同，该给定内壳层电子的光电子峰会有位移，称为化学位移（chemical shift）。”

也就是说根据内壳层电子的结合能和化学位移，可以准确分析元素，且相邻元素的同种能级的谱线相隔较远，相互干扰较少，元素定性的标识性强。

而紫外光电子能谱适用范围呢：“由于紫外光电子能谱的光源能量较低，线宽较窄（约为0.01eV),只能使原子的外层价电子、价带电子电离，并可分辨出分子的振动能级,因此它被广泛地用来研究气体样品的价电子和精细结构以及固体样品表面的原子、电子结构。”【以上均参考百度百科】

那么其实区别已经能看出来了，两者光源能量不同，X射线光子的能量在1000～1500ev之间，不仅可使分子的价电子电离而且也可以把内层电子激发出来，内层电子的能级受分子环境的影响很小。紫外光电子能谱光源能量在0.01eV数量级上，这决定了其并不适用于一般性的元素定性，而适合专门针对价电子，电子结构，精细结构的分析工作。

二、做的材料需要做元素分析，请问怎么做

材料元素分析：

01SIMS原理

一定能量的离子打到固体表面会引起表面原子分子或原子团的二次发射，即离子溅射。溅射的粒子一般以中性为主，其中有一部分带有正、负电荷，这就是二次离子。利用质量分析器接收分析二次离子就得到二次离子质谱

02 常用SIMS类别

TOF-SIMS：飞行时间二次离子质谱

D-SIMS：动态二次离子质谱

TOF-SIMS原理

1、有刻蚀枪（Ar，Cs，O）和分析枪（Bi）。刻蚀枪刻蚀，刻蚀完，分析枪分析（检测器接收到的粒子计数），是刻蚀一层分析一层的，分析枪和刻蚀枪不同，不同的材料所用的刻蚀枪也不一样。

2、根据二次离子飞行到探测器的时间不同来测定离子质量。

给所有激发出的离子相同的动能（3 keV）去加速，遵循能量守恒公式：不同质量的离子有不同的速度，越重的离子飞行速度越慢，当飞行距离一定时，其飞行时间就越长，可以将时间换算成质量来区分不同的成分，所以只用测量每一个离子到达探测器的时间就可以换算出质量数。

D-SIMS原理

1、用Cs离子或者O离子溅射刻蚀样品，样品被刻蚀出来的粒子中有少量形成离子，同时将其提取出来进行分析。（溅射的同时提取离子，用于分析）。

2、二次粒子在磁场中按荷质比大小分离。

03应用案例

深度剖析：锂电池极片表面成分深度分布（SEI膜层成分以及深度分布），可定位到单个颗粒表面进行深度剖析

TOF-SIMS不仅可以得到深度剖析曲线，逐层分析每一层的2D成像，每个像素点的二次离子质谱图都能被保存，且还具有图像3D重构的功能

三、金属元素分析仪的原理

目前，国内冶金、铸造、机械等行业的用户为分析金属材料中除碳硫以外的微量元素成分时，可使用的仪器有以下几类：

1.光谱分析仪。优点是一次可以分析多种元素，精度较高。缺点是价格太高，一套几十万到上百万，所以目前只有少数大型企业使用。

2.分光光度计。优点是检测波长选择方便，价格不高。缺点是检测结果不能直接显示（要换算）；没有曲线建立调用功能，检测不同元素每次要重新定标；比色皿放入和倒出液体不方便；对操作人员的化学分析基础知识要求高，因此不能适应企业现场在线检测分析的需要。

3.比色元素分析仪。优点是使用方便，价格也不高，对操作人员的化学分析基础要求不高，因此被广泛用于企业生产检验现场分析。但由于其产生的历史原因，存在以下先天性缺陷。

光电比色金属元素分析仪是我国在上世纪60年代适应钢铁冶金五大元素（碳、硫、硅、锰、磷）的现场在线检测分析的需要而发展起来的。检测硅、锰、磷研制了元素分析仪（当时叫三元素，三个通道分别预设固定波长检测硅、锰、磷），由于硅、锰、磷检测要求的波长不多，精度要求不高，因此，三元素分析仪较好的满足了钢铁冶金行业现场在线分析元素含量的需要。但现在，各行业需要检测的材料除了钢铁，还有铜合金、铝合金、锌合金，检测的元素也从硅、锰、磷发展到铜、铬、镍、锌、镁、钨、钒、铌、钛、钼、铝、砷、锆、硼、稀土元素等多种元素。传统的光电比色金属元素分析仪普遍存在的以下缺陷，就日益严重的体现出来：

1.测量波长为预设固定，不能连续可调，虽说有些机型可以更换（通过更换滤光片或发光二极管），但对于用户来说仍嫌繁琐，遇到测量超出仪器通道数的元素种类或要检测不同合金材料时，尤其不方便。而且不是所有波长的滤光片和LED可以采购到，使得某些特定元素的测量遇到困难，如镁元素的测量需要576nm的光源，而这样波长的滤光片和LED都无法得到。

2.测量光源大多为直流灯泡加滤光片或冷光源发光二极管，其波长准确度较差。直流灯泡加滤光片方式其波长精度取决于滤光片，元素分析仪大多应用的滤光片，效果最好的也只能达到±15nm。采用发光二极管的波长准确度取决于使用的二极管，大多误差范围在20～30nm,无法保证分析检测的精度。

新材料和新技术的应用，要求各行业的元素分析的种类更多，要求更高，面对传统元素分析仪的固有缺陷和市场压力，不少厂家采取以下应对措施：

1. 增加仪器分析通道数，即增加预设的固定波长数，从而增加可以检测的元素数量；

2. 针对预定的不同用途，预设不同的固定波长，从而形成分别检测不同材料和不同元素的不同型号元素分析仪。

但上述方法都是治标不治本，一来不是所有需要的波长都可以实现，二来波长精度不高的问题还是没有解决，因此仍然无法从根本上解决传统元素分析仪的先天性缺陷。

四、不锈钢多元素分析仪的工作原理

X射线，荧光，发射光谱，直读光谱，红外光谱

以上就是关于元素分析的原理相关问题的回答。希望能帮到你，如有更多相关问题，您也可以联系我们的客服进行咨询，客服也会为您讲解更多精彩的知识和内容。

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