干货分享丨X射线荧光光谱仪（XRF）基础知识

 XRF分析是一项成熟的技术，利用初级X射线光子或其他微观离子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析和化学态研究的方法。XRF在各行各业中都具有广泛的应用，可以用来确定样品中不同元素的含量和分布情况，从而有助于质量控制、研究和环境保护等方面的需求。这个多功能的工具在不同领域中发挥着重要作用，支持科学研究和工业生产的多个方面。今天科迈斯仪器就带大家来了解一下XRF的基本原理！

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X射线定义及特点

X射线是一种具有较短波长的高能电子波，由于内层轨道电子跃迁或高能电子减速产生，X射线的波长范围为0.01-10nm。介于紫外线和γ射线之间，并具有部分重叠峰。

射线与可见光相比，除了具有波粒二象性的共同性质之外，还因其波长短、能量大而显示其特性：

1、穿透能力强；

2、折射率几乎等于1；

3、透过晶体时发生衍射。

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X射线荧光光谱仪（XRF）

作为一种比较分析技术，在一定的条件下，利用初级X射线光子或其他微观粒子激发待测物质中的原子，使之产生荧光（次级X射线）而进行物质成分分析的仪器。

按激发、色散和探测方法的不同，分为：

X射线光谱法（波长色散）

X射线能谱法（能量色散）

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XRF的基本原理

用X射线照射试样时，试样可以被激发出各种波长的荧光X射线，需要把混合的X射线按波长(或能量)分开，分别测量不同波长(或能量)的X射线的强度，以进行定性和定量分析，为此使用的仪器叫X射线荧光光谱仪。

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特征X射线如何产生

一束高能粒子（射线）在与原子的相互作用下，如果其能量大于或等于原子某一轨道电子的结合能时，可以将该轨道的电子逐出，形成空穴；此时原子处于非稳定状态，在极短的时间内，轨道的外层电子向空穴跃迁，使原子恢复至稳定状态。

那么，在外层电子跃迁的过程中，两个壳层之间的能量差就以特征X射线的形式溢出原

位于某壳层的电子被激发称为某系激发，产生的特征荧光X射线辐射称为某系谱线。实际的物理过程十分复杂，例如L层有三个支能级，其中L1能级稳定，不产生跃迁，电子会由LII、LIII向K层跃迁，分别产生Kα1和Kα2。

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元素定性、定量分析基础理论

1、莫塞莱定律(Moseley’s law)

反映各元素X射线特征光谱规律的实验定律。莫塞莱研究从铝到金的38种元素的X射线特征光谱K和L线，得出谱线频率的平方根与元素在周期表中排列的序号成线性关系。表明X射线的特征光谱与原子序数是一一对应的，使X荧光分析技术成为定性分析方法中最可靠的方法之一。

2 、布拉格定律(Bragg’s law)
反映晶体衍射基本关系的理论推导定律，1912年英国物理学家布拉格父子（W.H. Bragg和W.L. Bragg）推导出了形式简单，能够说明晶体衍射基本关系的布拉格定律。此定律是波长色散型X荧光仪的分光原理，使不同元素不同波长的特征x荧光完全分开，使谱线处理工作变得非常简单，降低了仪器检出限。

3、 比尔-朗伯定律(Beer-Lambert’s law)

反映样品吸收状况的定律涉及到理论X射线荧光相对强度的计算问题。对于X射线荧光分析技术来说，原级射线传入样品的过程中要发生衰减，样品被激发后产生的荧光X射线在传出样品的过程中也要发生衰减，由于质量吸收系数的不同，使得元素强度并不是严格的与元素浓度成正比关系，而是存在一定程度的偏差。因而需要对此效应进行校正，才能准确的进行定量分析。

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定性分析

不同元素的荧光X射线具有各自的特定波长，因此根据荧光X射线波长可以确定元素的组成。但如果元素含量过低或存在元素间的谱线干扰时，需要人工鉴别。在分析未知谱线时，需要考虑到样品的来源，性质等因素，以便综合判断。

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定量分析

X射线荧光光谱法进行定量分析的依据是元素的荧光X射线强度Ii与试样中的含量Wi成正比：

Ii=IsWi

式中，Is为Wi=100%时，该元素的荧光X射线强度。根据上式，可以采用标准曲线法，增量法，内标法等进行定量分析。但是这些方法都要使标准样品的组成与试样的组成尽可能相同或相似，否则试样的基体效应或共存元素的影响，会给测定结果造成很大的偏差。