岩石矿物样品成分分析法

岩石礦物樣品成分分析法

主要元素（major elements）

X-ray fluorescence spectrometry－X光螢光分析（XRF）

微量元素（trace elements）

Activation analysis－活化分析

Emission spectrometry－發射光譜

Flame emission, absorption or fluorescence photometry－

火焰吸收光譜

Chromatometer －層析儀

Mass spectrometry－質譜儀

Polarography and coulometry－電極、電量分析法Spectrophotometry－分光光譜儀

X-ray fluorescence spectrometry－X光螢光分析（XRF）

礦物鑑定、礦物化學

X-ray diffractometer－X光繞射分析（XRD）

Electron probe microanalysis－電子微探分析（EPMA）

X-射線分析法

原理：

當原子接受外界能量後，原子成為激發態。當能量不大時，原子中最外層的價電子會躍升到較高的能階去；但當能量極大時，原子內層穩定的電子也會因吸收能量而移向外層或放射出去。當原子內層失去電子後，外層電子就會移向內層，填補空軌，當原子外層電子移向內層電子空軌道時，放出的能量是移動兩個能階的能量差，這個能量差所形成射線，就是X-射線。

X-射線分析儀器：

常用的X-射線分析儀器有：

(1) X-射線光譜儀 (X-ray sepctrometer)

(2) X-射線繞射儀 (X-ray diffratometer)：XRD

(3) X-射線螢光儀 (X-ray fluorescence spectrometer)：XRF

(4)電子微探儀 (Electron microprobe)

通常X-射線分析儀器，一定包括以下部分：

(1)高電壓發生器（High-voltage generator）

(2) X-射線管（X-ray tube）

(3)分光晶體（Analyzer crystal）

(4)偵檢器（Detector）

X-射線的繞射現象和布拉格定律：

當X-射線被一晶體內的規則環境散射，散射的光線間即產生干涉（建設性或破壞性都有），因為散射中心之間的距離與輻射波長長短相近，即為繞射。

繞射的條件：(1)原子層之間的間隔必須與輻射的波長大約相同；(2)散射中心的空間分佈必須有高度規則性。

布拉格定律（Bragg's Law）：有一窄光束以θ角打在結晶表面，射線與O, P, R處的原子作用而產生散射。如果距離：

AP + PC = nλ

其中n為整數，則散射的輻射會在OCD同相，晶體看起來像是反射X-射線。

又知道

AP = PC = d sinθ

其中d為結晶的平面距離，因此可得出光束在θ角的建設性干涉條件為：

nλ= 2d sinθ (Bragg diffraction law)

只有在入射角滿足sinθ= nλ/2d時，X-射線像是被晶體反射，其他角度都是破壞性干涉。

X-射線繞射分析：

將物質研磨成細粉，測定此細粉的X-射線繞射情形，鑑定物質結晶型態的簡便方法，稱為粉末繞射。根據粉末繞射光譜，可以鑑定結晶性物質。

由光譜上之各繞射角，就可以根據Bragg diffraction law，算出結晶中所有組面的垂直距離。再者，結晶上各面原子密度不同，則各面繞射時的強度也就不同，因此由一粉末繞射光譜中，各光譜線的強弱和位置，就可以鑑定某一結晶物質的存在。若樣品是很多種結晶性物質的混合物，各成分的繞射光譜

均可觀察的到。光譜線的強度，大致與各成分的含量成正比。因此，X-射線粉末繞射光譜也可以作各結晶成分的定量分析；不過精確度不高。

應用：

(1) 判別結晶物質中原子的間隔與排列，對金屬、高分子物質和

其他固體物理性質有更清晰的聊解。

(2) 定性鑑定結晶化合物（因為每種物質的X-射線繞射線都很

特別，如果一未知樣品的繞射線與已知標樣相符，就可認定

它們化學成分上相同）。

以X-射線繞射鑑定結晶化合物

X-射線螢光分析：

用強度很高的X-射線照射樣品，樣品會因吸收X-射線的能量而激發，放出所含元素本身特有的X-射線光譜。這種方式產生的X-射線是為螢光。將樣品放射出來的螢光，利用分光晶體分光後，偵檢各不同波長的強度，就可以分析樣品中所含的元素種類，也可更進一步定出含量。

注意在使用X-射線螢光儀時，必須慎選所用的X-光管。其靶極的元素不

能是欲分析的樣品中所含的元素。因為激發螢光的原X-射線，自X-光管發射照射樣品時，必有部分會被反射經分光晶體而被偵檢到若樣品中有靶極元素，其發射的螢光就與原發的X-射線相同，就不能分析。可用在定性與定量分析。

質譜分析法

將樣品中的化合物離子化，變成快速移動的離子（常帶正電），然後根據其質量電荷比（質荷比）解析得到一質譜。質譜分析法的應用是根據各物種經游離化所產生的正電粒子，有不同的質量分佈。所以，質譜提供的資料可以用在解析化學結構上。

原理：

1). 樣品揮發後慢慢滲入游離室，此游離室的壓力保持約在10-5

torr。

2). 樣品的分子被一電子流所游離；撞擊後會產生正離子與負離

子，前者占多數，且分析時是用正粒子。

3). 在狹縫A的小負電位會將正離子與負離子分開，且被數百到

數千伏特的電位加速。平行的正離子束通過狹縫B進入分

離區域。

4). 進入分析管中，壓力保持在大約10-7torr，快速移動的離子被強烈的磁場作用造

成彎曲的路徑，此彎曲路徑的半徑依其速度、質量，以及磁場強度而定；所以改

變加速電位或磁場強度可以將不同質量的粒子集中到出口狹縫。

5). 通過出口狹縫的離子落在收集電極上，所得到的離子電流放

大後，用記錄器記錄下來。

質譜分析法的應用：

1). 分子量的決定

2). 分子式的決定

3). 鑑定化合物

4). 成分分析

5). 元素含量分析

6). 同位素含量量測

四極質譜儀（Quadrupole mass spectrometer，QMS）

原理：

四極質譜儀主要是由四根短而平行的金屬棒，以四方形之對角線對稱排列而成。相對的金屬棒一對接到直流電的正極，另一對接到負極；另外還加了一電壓在這兩對電極棒上。這樣組合的電場不會使通過的粒子加速，但是卻會使粒子繞行進的中心軸振動。只有某種質荷比的粒子才能通過而不會與金屬棒相撞而除去。

感應耦合電漿質譜儀 (ICP-MS)