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干货分享丨X射线荧光光谱仪（XRF）基础知识

来源：时间：2023-11-22 15:11:39 浏览：1296次

01

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。

X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。

02

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）

03

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。

04

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。

05

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。