X-射线荧光光谱仪基本原理及应用

x-射线荧光光谱仪工作原理
X-射线荧光光谱仪是一种利用物质表面被入射X-射线激发产
生的荧光辐射来分析物质成分的仪器。

其工作原理如下：
1. 产生X-射线：通过加速电子的方式产生较高能量的X-射线。

通常采用电子加速器或X-射线管产生X-射线。

2. 入射X-射线：产生的X-射线经过透镜或全反射镜聚焦，使
其成为一束准直的X-射线入射到待分析的样品上。

3. X-射线激发：入射的X-射线与样品中的原子相互作用，使
得样品中的原子内部产生电离和激发。

4. 荧光辐射：被激发的原子内部的电子重新排布，从高能级跃迁到低能级时，会发出特定波长的荧光辐射。

这些荧光辐射的波长与样品中的元素种类和原子结构相关。

5. 信号检测与分析：荧光辐射被光学系统收集，并经过光电倍增管或固态探测器（如硅PIN二极管）转换为电信号。

电信
号经放大和转换后，可以通过计数器、频谱仪等设备进行信号的检测和分析。

6. 数据处理和结果展示：通过对荧光光谱中特定峰位的识别和曲线拟合，可以得到样品中的元素种类和含量信息。

这些数据
可以进一步进行数据处理和结果展示，为分析者提供详细的样品组成分析结果。

X射线荧光光谱分析的基本原理当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时,驱逐一个内层电子而出现一个空穴,使整个原子体系处于不稳定的激发态,激发态原子寿命约为10-12-10-14s,然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。

这个过程称为驰豫过程。

驰豫过程既可以是非辐射跃迁,也可以是辐射跃迁。

当较外层的电子跃迁到空穴时,所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子,此称为俄歇效应,亦称次级光电效应或无辐射效应,所逐出的次级光电子称为俄歇电子。

它的能量是特征的,与入射辐射的能量无关。

当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收,而是以辐射形式放出,便产生X射线荧光,其能量等于两能级之间的能量差。

因此,X射线荧光的能量或波长是特征性的,与元素有一一对应的关系。

图10.1给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。

K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充,从而可产生一系列的谱线,称为K系谱线:由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。

同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图10.2)。

如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K 层,此时就有能量ΔE释放出来,且ΔE=EK-EL,这个能量是以X射线形式释放,产生的就是Kα射线,同样还可以产生Kβ射线,L系射线等。

莫斯莱(H.G.Moseley) 发现,荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关,其数学关系如下:λ=K(Z-s)-2这就是莫斯莱定律,式中K和S是常数,因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。

此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系,据此,可以进行元素定量分析。

当一束光或电磁波照射到物质上时,光子就与物质的分子、原子或离子等微粒相互作用而交换能量。

在通常的状态下,物质中这些微粒处于基态,吸收一定频率的辐射后,由基态跃迁到激发态,这个过程称为辐射的吸收。

一 X射线荧光光谱分析原理利用初级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。

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)和X 射线能谱法(能量色散)。

当原子受到X射线光子(原级X射线)或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，此即X射线荧光。

较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。

根据色散方式不同，X射线荧光分析仪相应分为X射线荧光光谱仪(波长色散)和X射线荧光能谱仪(能量色散)。

X射线荧光光谱仪主要由激发、色散、探测、记录及数据处理等单元组成。

激发单元的作用是产生初级X射线。

它由高压发生器和X 光管组成。

后者功率较大，用水和油同时冷却。

色散单元的作用是分出想要波长的X射线。

它由样品室、狭缝、测角仪、分析晶体等部分组成。

通过测角器以1∶2速度转动分析晶体和探测器，可在不同的布拉格角位置上测得不同波长的X射线而作元素的定性分析。

探测器的作用是将X射线光子能量转化为电能，常用的有盖格计数管、正比计数管、闪烁计数管、半导体探测器等。

记录单元由放大器、脉冲幅度分析器、显示部分组成。

通过定标器的脉冲分析信号可以直接输入计算机，进行联机处理而得到被测元素的含量。

X射线荧光能谱仪没有复杂的分光系统，结构简单。

X射线激发源可用X射线发生器，也可用放射性同位素。

能量色散用脉冲幅度分析器。

探测器和记录等与X射线荧光光谱仪相同。

X射线荧光光谱仪和X射线荧光能谱仪各有优缺点。

前者分辨率高，对轻、重元素测定的适应性广。

对高低含量的元素测定灵敏度均能满足要求。

后者的X射线探测的几何效率可提高2～3数量级，灵敏度高。

可以对能量范围很宽的X射线同时进行能量分辨(定性分析)和定量测定。

对于能量小于2万电子伏特左右的能谱的分辨率差。

X射线荧光光谱分析X射线是一种电磁辐射，其波长介于紫外线和γ射线之间。

它的波长没有一个严格的界限，一般来说是指波长为0.001-50nm的电磁辐射。

对分析化学家来说，最感兴趣的波段是0.01-24nm，0.01nm左右是超铀元素的K系谱线，24nm则是最轻元素Li的K系谱线。

1923年赫维西(Hevesy, G. Von)提出了应用X射线荧光光谱进行定量分析，但由于受到当时探测技术水平的限制，该法并未得到实际应用，直到20世纪40年代后期，随着X射线管、分光技术和半导体探测器技术的改进，X荧光分析才开始进入蓬勃发展的时期，成为一种极为重要的分析手段。

1.1 X射线荧光光谱分析的基本原理当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。

这个过程称为驰豫过程。

驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。

当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。

它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。

当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。

因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。

图1-1给出了X射线荧光和俄歇电子产生过程示意图。

K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K 层辐射的X射线叫Kβ射线……。

同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图1-2)。

如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层，此时就有能量ΔE释放出来，且ΔE=EK-EL，这个能量是以X射线形式释放，产生的就是Kα射线，同样还可以产生Kβ射线，L系射线等。

X荧光光谱仪是根据X射线荧光光谱的分析方法配置的多通道X射线荧光光谱仪，它能够分析固体或粉状样品中各种元素的成分含量。

X射线荧光（XRF）能够测定周期表中多达83个元素所组成的各种形式和性质的导体或非导体固体材料，其中典型的样品有玻璃、塑料、金属、矿石、耐火材料、水泥和地质物料等。

凡是能和x射线发生激烈作用的样品都不能分析，而且要分析的样品必须是在真空（4~5pa）环境下才能测定。

X荧光光谱仪（XRF）由激发源（X射线管）和探测系统构成。

X射线管通过产生入射X射线（一次X射线），来激发被测样品。

受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。

探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。

然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。

元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类，这就是荧光X 射线定性分析的基础。

此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。

近年来，X荧光光谱分析在各行业应用范围不断拓展，广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域，特别是在RoHS检测领域应用得zui多也zui广泛，是一种中型、经济、高性能的波长色散X射线光谱仪。

X荧光光谱仪具有以下优点：a）分析速度高。

测定用的时间与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可以测完样品中的全部待测元素。

b）X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。

大多数分析元素均可用其进行分析，可分析固体、粉末、熔珠、液体等样品，分析范围为Be到U。

（气体密封在容器内也可分析）但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。

特别是在超软X射线范围内，这种效应更为显著。

x射线荧光光谱仪的原理
X射线荧光光谱仪是一种利用X射线荧光原理测定元素含量的仪器。

X射线荧光光谱仪的原理是：当高能X射线照射到物体表面时，可以将X射线能量转换成其他波长的能量，这种能量转换的过程就是X射线荧光的原理。

X射线荧光光谱仪是通过利用X射线荧光原理来测定不同元素的原子核化学成分的仪器。

X射线荧光光谱仪的工作原理如下：在X射线荧光光谱仪中，利用一个高能X射线源（例如氘氟射线灯）将物体表面的X射线照射出来，当X射线照射到物体表面时，与物体表面相互作用，表面上的原子核会产生X射线荧光，也就是说，原子核会将X射线的能量转换成一定波长的能量，这种能量转换的过程就是X射线荧光的原理。

X射线荧光光谱仪通过检测X射线荧光中的不同波长的荧光，可以得到不同元素的原子核化学成分，从而判断出物体中各元素的含量。

X射线荧光光谱仪的检测能力范围广，检测灵敏度高，可以检测出超低浓度的元素，是一种有效的元素分析仪器。

X射线荧光光谱仪通过X射线荧光技术，可以检测出物体中不同元素的原子核化学成分，从而判断出物体中各元素的含量，从而实现对物体的元素分析功能。

X射线荧光
光谱仪的检测范围很广，可以检测出超低浓度的元素，而且检测结果准确可靠，对物体中各种元素的检测都具有较高的精度。

X射线荧光光谱仪是一种先进的元素分析手段，其工作原理是利用X射线能量转换成另一种波长的能量，即X 射线荧光的原理，通过检测X射线荧光中的不同波长的荧光，可以得到不同元素的原子核化学成分，从而判断出物体中各元素的含量。

X射线荧光光谱仪的检测能力范围广、检测灵敏度高，可以检测出超低浓度的元素，是一种有效的元素分析仪器。

x射线荧光光谱仪原理
x射线荧光光谱仪是一种用于分析物质成分的仪器。

其原理基
于荧光效应和能量谱分析原理。

荧光效应原理：当被测物质受到高能X射线或γ射线的照射时，其原子的内层电子会被激发到高能态，然后经过快速的非辐射跃迁返回低能态。

这个过程中，会发出特定能量的X射线，称为荧光X射线。

不同元素的原子内层电子结构不同，
因此荧光X射线具有特定的能量。

能量谱分析原理：荧光X射线由于不同元素的内层电子能级
结构的不同而具有不同的能量。

通过使用高能X射线或γ射
线照射被测物质，荧光X射线将被发射出来并通过一系列的
光学系统进行分光仪操作。

X射线荧光光谱仪使用能量色散探测技术分析荧光X射线的能量和强度。

仪器通过收集和分析
荧光X射线的能谱图，即不同能量荧光X射线的强度，可以
确定样品中各个化学元素的含量。

总结：x射线荧光光谱仪利用荧光效应和能谱分析原理，通过
测量样品荧光X射线的能谱图来确定样品中不同元素的含量。

x射线荧光光谱分析仪2篇第一篇：x射线荧光光谱分析仪的工作原理及应用x射线荧光光谱分析仪是一种利用x射线激发样品中原子的内层电子跃迁所产生的荧光光谱来分析样品中元素的仪器。

该仪器主要由x射线发生器、样品室、荧光光谱仪等组成。

下面我们来详细介绍一下x射线荧光光谱分析仪的工作原理及应用。

一、工作原理x射线荧光光谱分析的基本原理是，将样品置于x射线束中，x射线束会使样品中的原子中的内层电子跃迁到更高的能级，电子在跃迁时会放出能量，并产生荧光光谱。

不同元素的内层能级吸收x射线所需的能量不同，因此荧光光谱中的能量会因不同元素而不同，从而可以确定样品中的元素种类及含量。

二、应用x射线荧光光谱分析仪广泛应用于以下几个方面：1. 金属和合金分析x射线荧光光谱分析仪可用于分析金属和合金的成分。

通过该方法，可以快速而准确地分析出成分及含量，有助于企业提高产品质量。

2. 地质矿物分析x射线荧光光谱分析仪可以对地质矿物进行分析，并确定其中的元素种类及含量。

这对于矿产资源的开发有重要意义。

3. 环境检测x射线荧光光谱分析仪可以用于环境检测。

比如，可以用来分析土壤、水质、大气中的重金属和其他有害元素的含量，以便及时采取措施防治环境污染。

4. 生化分析x射线荧光光谱分析仪还可以应用于生化分析。

比如，可以用来分析人体内的元素含量，以帮助医生对疾病的诊断和治疗。

5. 工艺分析x射线荧光光谱分析仪还可以用于工艺分析。

比如，可以用来分析玻璃、陶瓷、纸张、塑料等材料中的元素成分，以便生产厂家对产品进行调整和改进。

三、总结x射线荧光光谱分析仪是一种用途广泛的分析仪器。

它的工作原理简单，分析速度快，准确性高。

它在金属和合金分析、地质矿物分析、环境检测、生化分析、工艺分析等方面都有应用。

通过不断发展和创新，x射线荧光光谱分析仪将会在更广泛的领域中发挥更加重要的作用，为人类的发展做出更大的贡献。

第二篇：x射线荧光光谱分析仪的优缺点及未来发展趋势x射线荧光光谱分析仪是一种广泛应用于现代科技领域的分析仪器。

xrf荧光光谱仪原理
X射线荧光光谱仪（XRF）使用X射线激发样品，并测量所产生的荧光光谱，从而确定样品中的元素成分。

X射线荧光光谱仪的原理如下：
1. X射线产生：X射线管通过高电压供应产生高能量的X射线束。

2. X射线激发：X射线束照射到样品上，样品中的原子与X
射线相互作用，内层电子被激发到高能级。

3. 内层电子回落：激发的内层电子会迅速回落到低能级，释放出能量。

4. 荧光辐射：回落过程中，内层电子释放出的能量以X射线形式辐射出去，称为荧光X射线。

5. 荧光光谱测量：荧光X射线经过X射线光学系统聚焦和分离，然后进入X射线探测器。

探测器会测量荧光X射线的能量和强度，并将结果转换为荧光光谱图。

6. 元素分析：通过与已知元素的荧光光谱进行比较，可以确定样品中的元素成分和浓度。

X射线荧光光谱仪具有非破坏性、高精度、广泛适用于不同类型的样品等特点，常用于金属材料、土壤、岩矿、化学品等领域的元素分析和质量控制。

x射线荧光光谱仪原理
X射线荧光光谱仪是一种用于分析样品中元素组成的仪器。

它的原理基于样品在受到高能X射线照射时，元素原子内部的电子被激发到高能级，然后回到基态时会发射出特定能量的X 射线。

荧光光谱仪通过测量这些发射的特定能量的X射线的强度和能谱，从而确定样品中元素的种类和含量。

具体原理如下：
1. 激发：荧光光谱仪使用高能X射线源照射样品，X射线的能量足够高，能够激发样品中元素原子的内层电子到高能级。

2. 发射：被激发的电子在回到基态时，会发射出特定能量的X 射线。

3. 分析：荧光光谱仪使用X射线谱仪来测量发射的X射线的强度和能谱。

X射线谱仪由一个能量分辨较高的探测器和一个多道分析仪组成。

探测器可以将接收到的X射线转化为电信号，而多道分析仪则可以将电信号根据能量进行分离和记录。

4. 鉴定：通过与已知标准样品进行对比，可以确定样品中元素的种类和含量。

值得注意的是，由于每个元素的电子结构是唯一的，因此发射的X射线的能量也是特定的，对应于元素的特征峰。

通过测量这些特征峰的能量和强度，可以准确地鉴定样品中的元素。

波长色散x射线荧光光谱仪缩写一、简介在物理学中，波长色散X射线荧光光谱仪是一种用于分析物质成分的仪器。

其原理是利用物质能级间跃迁所辐射出来的X射线来确定物质的元素组成。

本文将介绍波长色散X射线荧光光谱仪的缩写、工作原理、优缺点以及应用领域。

二、缩写波长色散X射线荧光光谱仪的缩写为WDXRF（Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer）。

三、工作原理波长色散X射线荧光光谱仪中，样品表面受到X射线照射后，其中的原子会被激发到高能级状态。

随后，这些原子会从高能级状态跃迁回到低能级状态，释放出X射线。

这些X射线的波长是由被激发的原子所决定的。

通过检测和记录这些X射线的波长，仪器可以确定样品中所存在的元素类型以及其相对含量。

WDXRF仪器采用单晶体谱仪进行波长分散，能够提供高分辨率和能量分辨率的光谱。

四、优缺点优点：1. WDXRF仪器的分辨率很高，能够对元素在样品中的分布进行检测和测量。

2. 测量结果能够准确、稳定，精度高。

3. 具有高样品通量，能够进行快速、高效的样品分析。

缺点：1. 商用的WDXRF仪器往往比较昂贵。

2. 需要对样品进行制备和处理，样品的准备过程比较复杂。

3. 在进行分析的过程中，由于样品表面受到的X射线照射强度很大，有可能会对样品造成伤害。

五、应用领域WDXRF仪器广泛应用于各个领域，例如地质、环境、化工、宝石、金属、钢铁、半导体、制药等行业。

在这些行业中，WDXRF仪器被用于分析样品中的元素成分、杂质含量、化合物组成以及晶体学分析等方面。

在地球科学研究中，WDXRF仪器可以用于矿物研究和研究矿床的形成过程。

在环境领域中，WDXRF仪器可以用于土壤和水样品的分析。

在钢铁、金属和半导体制造行业中，WDXRF仪器可以用于对材料的成分进行分析和检测。

总之，波长色散X射线荧光光谱仪具有广泛的应用领域和优越的性能，为人们的生产和科研带来了很大的帮助。

浅述Ｘ射线荧光光谱仪的应用摘要主要介绍了波长色散X射线荧光光谱分析的原理及其应用。

关键词X射线荧光，探测器，二次激发1引言X荧光分析是一种快速、无损、多元素同时测定的分析技术，已广泛应用于材料、冶金、地质、生物医学、环境监测、天体物理、文物考古、刑事侦察、工业生产等诸多领域，可为相关生产企业提供一种可行的、低成本的、及时的检测、筛选和控制有害元素含量的有效途径。

2 波长色散X荧光分析简介2.1 基本原理以一定能量的光子、电子、原子、α粒子或其它离子轰击样品，将物质原子中的内壳层电子击出，产生电子空位，使原子处于激发态；外壳层电子向内壳层跃迁，填补内壳层电子空位，同时释放出跃迁能量，原子回到基态，跃迁能量以特征X射线形式释放或转移给另一个轨道电子，使该电子发射出来，形成俄歇电子。

通过探测器测出特征X射线，即可确定所测样品中元素的种类和含量，其基本结构原理如1所示。

图1 X荧光光谱仪基本结构原理当原子中K层电子被击出后，L层或M层的电子填补K层电子空位，同时以一定几率发射特征X射线。

L-K产生的X射线叫Kα系，L层有3个子壳层，允许跃迁使Kα系有2条谱线Kα1和Kα2；M-K产生的X射线叫Kβ系，M层有5个子壳层，允许跃迁使Kβ系有3条谱线Kβ1，Kβ2，Kβ3 。

当原子中L层电子被击出后，M-L跃迁产生的X射线叫L系。

特征X射线的能量为两壳层电子结合能之差，即：KKa= BK－BLKKβ= BK－BMKL = BL－BM所有元素的K、L系特征X射线能量的数量级为103～104eV。

2.2 X射线激发方式X荧光分析中激发X射线的方式一般为：（1）用质子、α粒子等离子激发；（2）用电子激发；（3）用X射线或低能γ射线激发。

用质子激发特征X射线的分析技术(常记为PIXE)在几种激发方式中分析灵敏度最高，相对灵敏度达10-6～10-7g／g，绝对灵敏度可达10-9～10-16g，而且可将质子聚焦、扫描，并对样品作微区分析。