2021年X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基来源根基理之答禄夫天创作1. 绪论物质是由各种元素依照分歧的构成方式构成的。
各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。
分歧元素的原子，原子核中质子和中子的数量分歧，核外电子数也分歧，具有分歧的原子结构。
核外电子的能量也各不相同，这些能量分歧的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。
K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。
原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。
当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。
具有较高能量的外层电子立即弥补这一“空穴”而发生跃迁。
发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。
释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。
为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。
对于K层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图1.1所示）。
利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。
在形成的线系中，各谱线的相对强度是分歧的，这是由于跃迁几率分歧。
对K层电子而言,特定元素的荧光X射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。
2. X射线与固体之间的相互作用X射线照射在固体概况上，主要会发生吸收和散射两种效应。
固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体概况发生散射，使X射线的强度衰减。
X荧光光谱分析仪工作原理
X荧光光谱分析仪工作原理用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。
由于X光具有一定波长，同时又有一定能量，因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型：波长色散型和能量色散型。
下图是这两类仪器的原理图。
现将两种类型X射线光谱仪的主要部件及工作原理叙述如下：1、X射线管两种类型的X射线荧光光谱仪都需要用X射线管作为激发光源。
上图是X射线管的结构示意图。
灯丝和靶极密封在抽成真空的金属罩，灯丝和靶极之间加高压（一般为40KV）,灯丝发射的电子经高压电场加速撞击在靶极上，产生X射线。
X射线管产生的一次X射线，作为激发X射线荧光的辐射源。
只有当一次X射线的波长稍短于受激元素吸收限lmin时，才能有效的激发出X射线荧光。
大于lmin 的一次X射线其能量不足以使受激元素激发。
X射线管的靶材和管工作电压决定了能有效激发受激元素的那部分一次X射线的强度。
管工作电压升高，短波长一次X射线比例增加，故产生的荧光X射线的强度也增强。
但并不是说管工作电压越高越好，因为入射X射线的荧光激发效率与其波长有关，越靠近被测元素吸收限波长，激发效率越高。
X射线管产生的X射线透过铍窗入射到样品上，激发出样品元素的特征X射线，正常工作时，X射线管所消耗功率的0.2%左右转变为X射线辐射，其余均变为热能使X射线管升温，因此必须不断的通冷却水冷却靶电极。
2 分光系统分光系统的主要部件是晶体分光器，它的作用是通过晶体衍射现象把不同波长的X射线分开。
根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ，当波长为λ的X射线以θ角射到晶体,如果晶面间距为d，则在出射角为θ的方向，可以观测到波长为λ=2dsin θ的一级衍射及波长为λ/2, λ/3----- 等高级衍射。
改变θ角，可以观测到另外波长的X射线，因而使不同波长的X射线可以分开。
X射线荧光光谱分析原理
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射线荧光光谱法的基本原理
x射线荧光光谱法的基本原理宝子，今天咱们来唠唠一个超酷的东西——X射线荧光光谱法。
这名字听起来是不是有点高大上，还有点神秘兮兮的呢？其实呀，它的原理就像一场奇妙的微观世界里的灯光秀。
咱先来说说X射线是个啥。
你可以把X射线想象成一种超级厉害的光线，它的能量可高了，就像一个精力超级充沛的小超人。
这种光线能够穿透好多东西呢，就像它有穿墙术一样。
那X射线荧光光谱法呢，就是利用这个厉害的X射线去和物质打交道。
当我们把X射线照射到一个样品上的时候，就像给这个样品来了一场特别的光照派对。
样品里的原子啊，就像一群小居民，它们平时安安静静地待在自己的小世界里。
但是这个X 射线一来，就像来了一个超级刺激的访客，原子里的电子就被这个X射线打扰啦。
原子里面的电子是分层住的，就像住在公寓里不同楼层一样。
内层的电子呢，被X射线这么一刺激，就像被吵醒的小懒虫，一下子变得特别兴奋，然后就有可能从自己住的内层跑到外层去。
可是外层已经有电子住着了呀，这就像突然来了个不速之客要抢房间一样。
于是呢，外层的电子就不乐意了，就会从这个多出来的状态回到自己原来该在的内层。
这个时候啊，就会发生一件特别神奇的事情。
当外层电子回到内层的时候，就像一个小能量球在释放能量，这个能量就以X射线荧光的形式发射出来啦。
而且不同的元素，就像不同性格的小居民，它们发射出来的X射线荧光的能量是不一样的。
这就好像每个人都有自己独特的声音一样，每个元素也有自己独特的X射线荧光能量。
我们的仪器就像一个超级灵敏的耳朵，它能够捕捉到这些不同能量的X射线荧光。
然后通过分析这些X射线荧光的能量大小，就能知道这个样品里都有哪些元素啦。
是不是很神奇呢？就像通过每个人独特的声音就能知道是谁在说话一样。
再说说这个X射线荧光光谱法的好处吧。
它就像一个超级侦探，能够快速地检测出样品里的元素组成。
而且不需要把样品破坏掉哦，就像我们不需要把一个小盒子拆开就能知道里面装了什么东西一样。
这对于那些珍贵的样品或者我们想要保持原样的东西来说，简直太友好了。
X-射线荧光光谱仪基本原理与应用
2.3 检测记录系统
X射线荧光光谱仪用的检测器有流气正比计数器和闪烁计数器。
上图是流气正比计数器结构示意图。它主要由金属圆筒负极和芯线正 极组成，筒内充氩（90%）和甲烷（10%）的混合气体，X射线射入管内， 使Ar原子电离，生成的Ar+在向阴极运动时，又引起其它Ar原子电离，雪 崩式电离的结果，产生一脉冲信号，脉冲幅度与X射线能量成正比。所以 这种计数器叫正比计数器，为了保证计数器内所充气体浓度不变，气体一 直是保持流动状态的。流气正比计数器适用于轻元素的检测。
比尔 - 朗伯定律（Berr-Lambert's law ）是反应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。 当X射线穿过物质时，由于物质产生光电效应、康普顿效应及热效 应等，X射线强度会衰减，表现为改变能量或者改变运动方向，从而使 向入射X射线方向运动的相同能量X射线光子数目减少，这个过程称作吸 收。 对于任意一种元素，其质量吸收系数随着波长的变化有着一定数量 的突变，当波长（或者说能量）变化到一定值时，吸收的性质发生了明 显变化，即发生突变，发生突变的波长称为吸收限（或称吸收边），在 各个吸收限之间，质量吸收系数随波长的增大而增大。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。
2.2 分光系统
分光系统的主要部件是晶体分光器，它的作用是通过晶体衍射现象把 不同波长的X射线分开。根据布拉格衍射定律2dsinθ=nλ，当波长为λ的X射 线以θ角射到晶体，如果晶面间距为d，则在出射角为θ的方向，可以观测 到波长为λ=2dsinθ的一级衍射及波长为λ/2，λ/3等高级衍射。改变θ角，可 以观测到另外波长的X射线，因而使不同波长的X射线可以分开。
X射线荧光光谱分析的基本原理
X射线荧光光谱分析的基本原理X射线荧光光谱是一种用于材料表面成分分析的非破坏性技术。
它基于物质被X射线激发后产生荧光的原理进行分析。
X射线荧光光谱分析具有高灵敏度、高准确性、广泛适用性等优点，被广泛应用于材料科学、地质学、环境科学和考古学等领域。
1.原子结构：原子由原子核和围绕核运动的电子组成。
原子核由质子和中子组成，电子在不同能级上运动。
2.能级跃迁：X射线荧光光谱分析的本质是利用X射线激发原子的内层电子，使其跃迁到更高的能级。
当激发源产生高能量的X射线，并且与样品发生相互作用时，部分能量将被吸收，使内层电子被激发起跃迁。
3.荧光：当内层电子被激发到较高能级后，它们不会一直保持在这个状态，而是经过一段时间后重新回到基态，释放出余下的能量。
这个能量以X射线或光子的形式被释放出来，称为荧光。
4.元素特征：不同元素的原子结构、电子能级以及荧光特性都是独特的，可以用于确定样品中的元素及其含量。
5.荧光分析：荧光由不同能级上的电子返回基态时产生，其能量正比于电子从高能级到低能级的能量差。
通过测量荧光的能量，可以确定样品中存在的元素及其含量。
6.X射线源：X射线荧光光谱分析需要一个高能量的X射线源来激发样品。
通常使用X射线管或放射性同位素作为X射线源。
7.检测系统：X射线荧光光谱分析需要一个检测系统来测量荧光的能量。
常用的检测系统包括电子学谱仪和晶体谱仪等。
8.分析流程：X射线荧光光谱分析的一般流程包括样品的制备、X射线源的选择和调节、荧光的收集和测量、数据的处理和分析。
X射线荧光光谱分析是一种快速、准确的元素分析方法。
它可以同时分析多种元素并确定其含量，适用于大多数材料，包括固体、液体和气体。
X射线荧光光谱分析在科学研究、工业生产和质量控制等领域具有重要的应用价值。
X射线荧光光谱仪的基本原理及应用
所有元素的最大计数率不超过 20000 计数/秒，仪器灵敏度差
高能端(Ag/Sn/Sb K系光谱)，能量色散分辨率优于波长色散 中能端(Fe/Mn/Cr K系光谱)，分辨率相同 低能端 (Na/Mg/Al/Si K系光谱)，能量色散分辨率不如波长散射
3.2 定性与定量分析——半定量分析
半定量分析样品过程：
o 对未知样进行全程扫描 o 对扫描谱图进行Search and Match（包括谱峰的识别， 背景扣除，谱峰净强度计算，谱峰的匹配） o 输入未知样的有关信息 (金属或氧化物；液体，粉末压 片或熔融片；已知浓度组分的输入；是否归一) o 进行半定量分析
光电吸收，非相干散射，气体电离 和产生闪光等现象，以一定的能量 和动量为特征；
E=h , =c /
微粒性
能量、电离、光电吸 收、非相干散射
能量色散X荧光分析
能量单位：eV
同一切微观粒子一样，X射线也具有波动和微粒的 双重性；无论是测量能量还是波长，都可以实现对相应 元素的分析，其效果是一样的。
在停机状态时使用，保护光管免受粉尘污染，还可避免检 1000um Pb 测器的消耗。
2.3 准直器
准直器由一组薄片组成，目的是使从样品发出的X射线以平行 光束的形式照射到晶体。薄片之间的距离越小，越容易形成平 行光，产生的谱线峰形也更锐利，更容易与附近的谱线区分。
准直器以薄片间距来分类
薄片间距
4
一、基础理论与知识
X射Байду номын сангаас荧光的产生
碰撞
内层电子跃迁↑
空位
X射线荧光
外层电子跃迁↓
一、基础理论与知识
X射线荧光分析的分类
x射线荧光光谱仪的原理
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射线荧光分析原理讲解学习
X射ห้องสมุดไป่ตู้对物质的作用
物质特征X射线 X射线 照射在物质上的结果会产生几种作用,
它们分别是物质特征X射线、光电子、散射、 其它作用
光电子效应是我们探测X射线的基础。散射则 会导致本底的出现，而特征X射线则是我们作 为元素分析的基础。
为什么会有特征X射线的出现呢？这可以从玻尔的 原子结构理论找到答案。原子中的电子都在一个 个电子轨道上运行，而每个轨道的能量都是一定 的，叫能级。内层轨道能级较低，外层轨道能级 较高，当内层的电子受到激发（激发源可以是电 子、质子、 粒子、射线、X射线等），有足够 的能量跳出内层轨道，那么，较外层的电子跃迁 到内层的轨道进行补充，由于是从高能级上跳往 低能级上，所以会释放出能量，其能量以光的形 式放出，这就是特征X射线。
X射线荧光
实际上，有很多办法能产生X射线，例如用质子、 射线、射线等打在物质上，都可以产生X射 线，而人们通常把X射线照射在物质上而产生 的次级X射线叫X射线荧光（X—Ray Fluorescence），而把用来照射的X射线叫原级 X射线。所以X射线荧光仍是X射线。
特征X射线
有人会问，为什么可以用X射线来分析物质的 成分呢？这些都归功于特征X射线。
X射线荧光分析原理
1、基本概念
A.X射线是一种电磁波，其波长在0.1到100∑之间，根据 波粒 二相性原理，X射线也是一种粒子，其每个粒子根 据下列公式可以找到其能量和波长的一一对应关系。
X荧光分析仪器的种类
现在X荧光分析仪器主要分为两大类，一是：波长色散 X荧光光谱分析仪；二是：能量色散X荧光分析仪器。 这两种仪器的测试原理有所区别，在对样品激发其元素 的特征X射线时，两种仪器的设计原理是相同的，在对 特征X射线进行探测时，波长色散X荧光光谱分析仪， 是检测的特征X射线的波长，即，X射线的波长性；而 能量色散X荧光分析仪器，检测的是特征X射线的能量， 即，X射线的粒子性。两种仪器的设计结构，探测方法 有很大的区别。
X射线荧光光谱分析的基本原理
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。
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。
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。
X射线荧光光谱法有如下特点：1，分析的元素范围广，从4Be到92U均可测定；2，荧光X射线谱线简单，相互干扰少，样品不必分离，分析方法比较简便；3，分析浓度范围较宽,从常量到微量都可分析。
X射线荧光光谱仪的基本原理及应用
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 的波长可以确定元素的组成。如果是波长色散型光谱仪，对于一定晶 面间距的晶体，由检测器转动的2θ 角可以求出X射线的波长λ ，从而 确定元素成分。
目前绝大部分元素的特征X射线均已准确测出，新型的X射线荧光光 谱仪已将所有谱线输入电脑储存，扫描后的谱图可通过应用软件直接 匹配谱线。
探测器种类：流气正比计数器和闪烁计数器
工作气：氩气（90%），抑制气：甲烷（10%）—— P10氩甲烷混合气 结构：由金属圆筒负极和芯线正极组成，筒内为氩甲烷混合气 原理：X射线射入管内，使Ar原子电离，生成的Ar+在向阴极运动时，又
引起其它Ar原子电离，雪崩式电离的结果，产生一脉冲信号，脉冲幅度 与X射线能量成正比。为了保证计数器内所充气体浓度不变，气体一直是 保持流动状态的，流气正比计数器适用于轻元素的检测。
3.2 定性与定量分析——半定量分析
半定量分析特点：
所带标样只需在软件设定时使用一次，分析试样原则上可以是 不同大小，形状和形态，分析元素范围9F — 92U 定性分析和半定量分析不需要标准样品，大部分主量元素的半 定量分析结果相对不确定度可以达到10%以下 半定量分析适用于对准确度要求不是很高，要求速度特别快（ 10—30分钟可以出结果），缺少合适的标准样品的情况。
莫塞莱认识到这些X 射线特征光谱是由于内层电子的 跃迁产生的，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。
定律2 布拉格定律
布拉格定律(Bragg‘s law)，是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。
x射线荧光光谱法通则
X射线荧光光谱法（XRF）是一种非破坏性、快速、高效的分析技术，广泛应用于材料分析、环境监测、生物医学、地质学等领域。
X射线荧光光谱法通则主要包括以下几个方面：
1. 原理：X射线荧光光谱法是基于原子物理学原理的一种分析方法。
当高能X射线照射原子时，原子内的电子受到激发并发生跃迁，从高能态向低能态跃迁的过程中，会释放出一定能量的X射线。
这些X射线被称为特征X射线，它们的能量与原子内壳层电子的能级差有关。
通过分析这些特征X射线的波长和强度，可以确定元素的种类和含量。
2. 仪器设备：X射线荧光光谱仪是进行XRF分析的主要设备，其主要由X射线发生器、样品架、探测器、数据处理系统等部分组成。
X射线发生器产生高能X射线，照射样品后，探测器接收样品发出的特征X射线，数据处理系统对信号进行处理和分析，最终输出分析结果。
3. 分析方法：X射线荧光光谱法通常包括定性分析和定量分析两种。
定性分析是通过比较样品和标准样品的特征X射线来确定样品中的元素种类；定量分析则是通过测量样品中特征X射线的强度和相应的标准曲线来确定元素的含量。
4. 应用领域：X射线荧光光谱法在许多领域具有广泛的应用，如地质勘探、环境监测、生物医学、工业检测等。
它可以用于分析各种材料，如金属、非金属、合金、陶瓷、半导体等，具有很高的分析速度和准确性。
5. 操作注意事项：在进行X射线荧光光谱分析时，需要注意操作规范和安全措施，如避免长时间暴露在X射线辐射下、保证仪器设备的正常运行等。
同时，在数据处理和分析过程中，要注意数据的准确性和可靠性，确保分析结果的有效性。
X射线荧光光谱分析基本原理
X射线荧光光谱分析基本原理X射线荧光光谱分析的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后会发射出特定能量的荧光X射线的特性。
当样品受到高能X射线的照射后，X射线与样品中的原子发生作用，激发其内层电子跃迁到高能级。
随后，被激发的电子会在极短的时间内回到基态，释放出荧光X射线。
荧光X射线的能量特征与被激发电子原先所处的能级差有关，因此不同的元素会产生特定的荧光X射线能量。
X射线荧光光谱分析仪通常包括一个X射线源和一个能量分辨的固态探测器。
X射线源产生高能X射线，其中一部分照射到待测样品上。
样品吸收部分入射X射线，并发射出对应的荧光X射线。
这些荧光X射线通过X射线波长选择装置进入探测器。
探测器中的固态探测器一般采用晶体材料，如硅或锗。
当荧光X射线入射到探测器上时，它们会激发探测器内的电子。
被激发的电子跃迁到高能级，产生能电离状态。
这些能电离态会衰变为基态，同时释放出能量。
这些能量从探测器输出的电流信号中测量。
在X射线荧光光谱分析中，探测器的信号输出被称为光谱。
光谱通过能量分辨设备进行解析，以区分不同元素荧光X射线的能量。
光子能量的分辨率取决于探测器的性能和实验条件。
较好的分辨率可以提高元素的分辨能力，从而提高分析结果的准确性和灵敏度。
为了提高分析的准确性和可靠性，常常需要校正仪器。
仪器校正通常包括两个步骤：能量刻度和反漂移校正。
能量刻度通过使用标准荧光样品，如硅，来确定能量与能量峰位置之间的关系。
反漂移校正用于校正由于时间和温度变化引起的仪器漂移。
X射线荧光光谱分析广泛应用于不同领域的科学研究和工业控制中。
它可用于分析材料的元素组成、碳氢含量、表面产物分析、杜仲树环境激病生理机制分析等等。
它还可以用于分析矿石、矿渣和环境样品中的重金属含量，用于质量控制、研发和材料鉴定等。
综上所述，X射线荧光光谱分析是一种常用的非破坏性分析技术，可以用于确定样品中元素的种类和相对含量。
它的基本原理是利用材料在受到高能X射线照射后发射特定能量的荧光X射线。
X射线荧光分析的基本原理
X射线荧光分析的基本原理X射线荧光分析（X-ray fluorescence analysis）是一种非破坏性的元素分析技术，通过测量物质在X射线或γ射线激发下发射的特定波长的荧光辐射来确定样品中的各种元素的含量和成分。
X射线荧光分析基于X射线的两个基本原理：X射线激发和荧光发射。
首先，当物质受到高能X射线或γ射线的激发时，其原子吸收X射线的能量，电子从内层壳跃迁到外层壳。
这个过程中，电子吸收的能量等于电子离开的能量差。
能量差与特定的化学元素有关，所以每个化学元素都会有其特定的能级结构。
其次，受激的原子在极短的时间内重新排列，电子从外层壳跃迁回内层壳。
这个过程中，发出的辐射能量等于电子在跃迁中吸收的能量差。
这种发射辐射称为荧光辐射。
激发源通常是一根X射线管，其产生X射线的能量和特定波长根据分析的需要进行设置。
X射线穿过样品时，样品中的原子吸收部分X射线的能量，电子跃迁并发射出特定波长的荧光辐射。
荧光射线检测器负责检测和计数荧光辐射的强度，并将其转换为电信号传输给数据处理系统。
数据处理系统主要负责处理荧光辐射的信号，并利用荧光峰进行能量划分和峰面积计算，得到各元素的含量。
然而，X射线荧光分析也存在一些限制。
首先，分析结果受样品的形态、存放条件、基质效应等因素的影响。
其次，由于荧光信号强度很低，所以需要对比较浓缩的样品进行稀释处理，以避免过度荧光衰减。
此外，X射线荧光分析的仪器设备较昂贵，需要专业的操作和维护。
总体而言，X射线荧光分析是一种重要的元素分析技术，被广泛应用于金属、土壤、矿石、陶瓷、建材、环境保护等领域，并在材料科学、地质学、生物学等研究领域中发挥着重要的作用。
x射线荧光原理
x射线荧光原理
X射线荧光原理为：当照射原子核的X射线能量与原子核的内层电子的能量在同一数量级时，核的内层电子共振吸收射线的辐射能量后发生跃迁，而在内层电子轨道上留下一个空穴，处于高能态的外层电子跳回低能态的空穴，将过剩的能量以X射线的形式放出，所产生的X射线即为代表各元素特征的X射线荧光谱线。
其能量等于原子内壳层电子的能级差，即原子特定的电子层间跃迁能量。
只要测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。
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X射线荧光分析的基本原理欧阳光明（2021.03.07）1. 绪论物质是由各种元素按照不同的构成方式构成的。
各种元素的原子是由原子核和一定数目的核外电子构成。
不同元素的原子，原子核中质子和中子的数量不同，核外电子数也不同，具有不同的原子结构。
核外电子的能量也各不相同，这些能量不同的原子按能量大小分层排列，离原子核最近的电子层称为K电子层，其外依次为L,M,N,O…层。
K层上的电子能量最低，由里向外，电子的能量逐渐升高。
原子在未接受足够的能量时，处于基态，即稳定状态，此时，K层最多容纳2个电子，L层最多容纳8个电子，M层最多容纳18个电子……。
当使用高能射线（如X射线）照射物质时，物质中的原子的内层电子被高能射线逐出原子之外，在内层电子层上即出现一个“空穴”。
具有较高能量的外层电子立即补充这一“空穴”而发生跃迁。
发生跃迁的电子将多余的能量（两个电子层能量之差）释放出来。
释放出来的能量以电磁波的形式向四周发射，其波长恰好在X射线的波长范围内（0.001～10nm）。
为了与照射物质的X射线（初级X射线）相区别，将被照射物质发出的X射线（二次X射线）称为荧光X射线（荧光即光致发光之意）。
对于K 层电子而言，L层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kα谱线，M层电子向K层电子跃迁时放射出的荧光X射线称为Kβ谱线，其他层的电子发生跃迁时的情况依此类推（如图 1.1所示）。
利用被测物质发出的荧光X射线进行物质化学成分的定性分析或定量分析，称为X射线荧光光谱分析。
图1.1原子结构示意图在形成的线系中，各谱线的相对强度是不同的，这是由于跃迁几率不同。
对K层电子而言,特定元素的荧光X射线Kα>Kβ,对于同一种元素而言，强谱线只有1-2条,特征谱线比较简单，易于分析，光谱干扰小。
2. X射线与固体之间的相互作用X射线照射在固体表面上，主要会产生吸收和散射两种效应。
固体物质可以吸收一部分射线，并可以使X射线在固体表面发生散射，使X射线的强度衰减。
衰减率与样品的厚度成正比。
X射线的衰减是由X射线的散射和吸收引起的，其中，起主要的是吸收效应。
2.1X射线的吸收当X射线的强度和样品的厚度一定时，样品对X射线的吸收主要取决于样品的吸收系数。
当入射X射线的波长等于一个特定值时，吸收系数发生突变。
各种元素吸收系数突变时的波长称为吸收限。
欲从给定元素原子的特定能级上逐出电子，所需的原级X射线波长应小于此元素该能级的吸收限，即大于使特定能级电子被逐出时所需的最小能量（根据波的能量公式E=hv=hc/λ【其中h为普朗克常量，v为波的传播速度，c为光速，λ为波长】，波的能量与波的波长成反比）。
原级X射线（连续X射线，能量范围广）照射到样品表面时，除去极小的一部分被样品表面散射外，大部分被样品中的元素吸收，并放射出相应的荧光X射线。
2.2X射线的散射与衍射X射线的散射可分为非相干散射和相干散射。
非相干散射：X射线光子与固体原子中束缚较松弛的电子作非弹性碰撞时，光子把部分能量传给电子，光子能量降低且改变方向，散射的X射线波长变长，此种散射射线周期与入射线无确定关系，形成连续的背景，对测量不利。
相干散射：X射线光子与固体原子中束缚教紧的电子作弹性碰撞时，散射X射线与入射X射线方向不同，强度相同，无能量损失，相干散射是衍射的基础。
相干散射发生在晶体表面。
晶体原子存在周期性的三维空间点阵结构，点阵的周期与入射射线具有同一数量级，因此，晶体可作为衍射X射线的光栅。
图1.2晶体衍射示意图由图1.2所示，在B点入射的X射线比在A点入射的X射线的反射线的光程多DB+DF距离，由图可见BD=DF=d*sinθ,根据衍射条件，只有光程差为波长的整数倍时，电磁波才相互加强，出现衍射现象。
因此，发生衍射的条件为：nλ=2dsinθ(1)式中：θ-衍射角n-衍射级数d-晶体的晶面间距λ-射线波长式（1）即为著名的布拉格衍射方程。
布拉格衍射方程可以应用到以下两方面：1、用已知波长的X射线照射晶体，测定衍射角θ，可用来鉴别晶体的结构种类。
2、用已知晶面间距d的晶体，测定待测样品荧光X射线发生衍射时的衍射角θ，可求出X射线的波长，不同元素的荧光X 射线波长不同，从而可判断是何种元素发出的荧光X射线，进而确定样品中含有的元素。
同时由于不同元素的荧光X射线的波长λ是不同的，当我们改变晶体的衍射角时，可以将含有不同元素的荧光X射线分离，可以分别测定每一种元素的荧光X射线强度。
例：含有K Kα(λ=0.3744nm)和Ca Kα(λ=0.3360nm)两种谱线的混合谱线，采用LiF(200)晶体进行波长色散：θK Kα=arcsin(λ/2d)=arcsin[3.744/(2*2.014)]=68.35θCa Kα=56.53改变晶体放置的角度，可分别测定混合谱线中K、Na元素荧光X射线强度。
2.2内层电子被激发后的驰豫过程处于激发态的原子自发的从较高的能量状态跃迁至较低的能量状态，这种过程称为驰豫过程。
原子在驰豫过程中将多余的能量释放出来，有可能发生辐射跃迁（将多余能量通过辐射的方式释放出来，即辐射出X射线）。
也有可能发生非辐射跃迁（多余的能量将原子核外层电子逐出，放射出俄歇电子）。
1）辐射跃迁：辐射跃迁主要是辐射出荧光X射线。
当内层电子被激发后外层电子自发跃迁并将多余的能量以X射线的形式释放出来。
由于各种原子的原子结构不同，所以核外的能量状态也各不相同。
因此，不同能级之间的能量差只与原子的种类有关。
各种元素产生的荧光X射线的能量状态各不相同（波长不同）。
因此，通过测定未知样品的荧光射线波长，即可判断样品中含有何种物质。
2）俄歇电子发射：如果内层电子被激发后所释放的能量将另一个核外电子逐出，使之成为自由电子，该电子就称为俄歇电子。
在一般情况下，在使用原级X射线照射待测样品时辐射跃迁和俄歇电子发射同时发生，但由于原子结构的不同，发生两种过程的几率不同。
对轻元素而言，轻元素的原子核的束缚力较小，外层电子容易被内层电子跃迁放射的能量激发，比较容易产生俄歇电子。
这样造成的结果使得实际的荧光X射线强度大大小于我们按能级跃迁计算出的理论荧光X射线强度。
而重元素原子核对核外电子的束缚力较大，比较不容易放射出俄歇电子。
实际荧光X射线的强度与理论值比较接近。
由于轻元素受激发后产生的荧光X射线较小，因此使用荧光分析的方法进行分析时，对轻元素的灵敏度较差。
2.3利用X射线荧光分析的分析方法利用X射线荧光可进行定性分析和定量分析。
1、定性分析：根据布拉格方程式。
用已知晶面间距d的晶体，测定X射线发生衍射时的衍射角θ，使用同一晶体时不同元素的荧光X射线衍射角是不同的，可以和预设的使用此种晶体进行衍射时不同元素的衍射角进行对比，即可知道样品种含有何种元素，从而进行定性分析。
2、定量分析：一次X射线（原级X射线）以一定的角度照射到试样表面，当各种实验条件固定不变时，荧光X射线的强度与待测元素在试样中的重量百分比成正比，如果事先建立了二者之间关系（工作曲线）即可进行定量分析。
3.X射线荧光分析的误差来源一、基体效应：1.颗粒效应：由粒度、粒度分布、颗粒形状及颗粒内部不均匀性引起的物理效应。
水泥生料的生产中的几种原材料硬度差异较大；同时在粉磨的过程中，粉末颗粒表面会产生电荷，由于电荷之间的同性相斥异性相吸，会形成一种颗粒被另一种颗粒优先环绕的情况，容易造成较严重的颗粒效应。
这种颗粒效应对生料中的Si、Ca元素测定影响较大。
对于特定的水泥企业来说，当原料来源固定并且磨机比较稳定时，颗粒效应并不明显。
解决方法：充分粉磨和采用熔融法。
2.矿物效应：化学成分相同的物质由于结晶条件的差异而造成晶体结构不同（例：石墨和金刚石），不同晶体结构的同种元素能产生不同强度的荧光X射线，从而造成误差。
水泥生产过程中的各种原燃材料由于产地不同，其晶体结构也可能有较大的差异，会造成较为明显的矿物效应。
对于原燃材料来源相对稳定的水泥厂来说，矿物效应并不明显。
在水泥生产过程中的熟料烧成工序，由于每天窑况的差异和生料配料的波动，会造成熟料的矿物组成不同，晶体结构和晶形也会有较大的差异，即形成的矿物相不同，矿物效应会比较明显。
解决方法：1）充分粉磨（当矿物被粉磨至10~15μm的极微小颗粒时，矿物效应并不明显）。
2）最好采用熔融法。
3.元素间效应：是指其他元素对待测元素的荧光X射线强度的影响，又叫吸收-增强效应。
产生原因：1）基体吸收初级X射线束，影响初级X射线对待测元素的激发。
（吸收效应）2）基体吸收待测元素的荧光X射线束。
（吸收效应）3）基体元素放射出的荧光X射线束位于待测元素吸收限的短波侧，被待测元素吸收，激发出待测元素的特征谱线。
（增强效应）当原料成分、半成品及成品的成分相对稳定时，基体效应大致相同，所以并不明显。
当使用熔融法时，试样片的基体效应变的大致相同，基体效应趋于一致。
二、制样过程中的误差来源：1.压片法：（1）粒度及粒度分布：粉末样品的压片中待测元素荧光X射线的强度不仅取决于该元素的浓度，还取决于粉末颗粒的粒度。
在某一临界粒度下时，粒度对待测元素的荧光X射线强度是没有影响的。
当大于此临界粒度时，待测元素荧光X射线的强度随粒度的增大而减弱。
因此在压片前应将试样均磨至某一细度。
在手工制样时，应使用同一台磨机，并规定相同的粉磨时间及样品量，以达到均磨的目的。
（2）样品可颗粒堆积密度：在压片过程中，压片时不同的制片压力和压力的加荷速度不同都会造成样品表面的颗粒堆积密度不同，容易形成较大的误差。
一般样品表面的密度越大，样品的荧光X射线强度越高，反之样品表面密度越小，样品的荧光X射线强度越小。
为防止在制样过程中出现较大的颗粒堆积密度的差异，应规定相同的制样样品量，并尽可能使用自动压力机，这样压力加荷速度比较均一，这样可以消除此种误差对分析结果的影响。
（3）样品表面的光洁度：我们使用压片法制备分析样品时，样品的分析面可能会出现表面缺损、裂纹和粗糙的状况，或者由于模具中存在污染物污染样品的分析面。
这些情况都会影响分析结果，因为我们制备的样品分析面应该是均一的，并可以发生漫散射（即在各个方向上的荧光X射线强度应该相同）。
2.熔融法：（1）熔融温度不够。
制成的试片不透明，有气泡，表面熔化、分解和化学反应不完全，没有制得均一的无矿物效应的试样片。
（2）熔融时间及熔融时间不尽相同。
熔融时间过长，熔融温度过高都会导致熔剂的过度挥发，从而造成熔片中的待测元素的浓度升高，产生较严重的误差。
因此，在熔融过程中，应尽量保持炉温的稳定，同时严格控制熔融时间。
（3）熔剂的影响。
由于在每批熔剂中都存在着或多或少的易挥发杂质（水、低分子醇等），因此每一批熔剂中熔剂的净含量不同。
在熔融过程中，易挥发物质的挥发会造成待测元素在熔片中的浓度升高，产生较严重的误差。