x射线荧光光谱法 x射线荧光光谱法的基本原理

深入：X射线荧光分析的核心原理与仪器类型

一、核心物理过程解读

当高能X射线光子与样品产生交互作用时，一系列物理过程随即展开。高能量的X射线光子轰击样品中的原子，如果其能量超过原子内层电子的结合能，这些内层电子将被逐出，形成空穴，导致原子进入激发态。这是一个重要的激发阶段。

处于激发态的原子并不稳定，它们会通过一种叫做弛豫辐射的过程释放能量。这个过程是通过外层电子向内层空穴跃迁实现的，跃迁时释放的能量以特征X射线荧光的形态出现（也称作次级X射线）。这个辐射的能量严格对应于两个电子轨道之间的能级差，遵循量子化的关系，即E=hv=hc/λ。

二、定性定量的基础

1. 元素识别：每一种元素所释放的特征X射线的波长或能量是独一无二的，这一现象遵循莫塞莱定律：λ=K(Z-s)（其中Z代表原子序数）。通过测量荧光的波长或能量，我们可以精确地确定元素的身份。

2. 含量测定：荧光强度与样品中元素的含量成正比。通过对比标准样品的荧光强度，我们可以实现对样品中元素含量的定量分析。这种方法的检测范围广泛，从ppm级到百分含量都可以覆盖。

三、仪器的类型与特点

X射线荧光分析仪器根据分光方式主要分为两种类型。

1. 波长色散型（WDXRF）：此类型的仪器使用分光晶体，依据布拉格定律(nλ=2dsinθ)来分离不同波长的X射线。由于其高分辨率，能够提供精确的定性定量分析，但结构较为复杂。

2. 能量色散型（EDXRF）：这种类型的仪器通过半导体探测器直接测量X光子的能量。分析速度快，适合进行现场检测。

四、技术特点详解

X射线荧光分析是一种非破坏性的分析方法，对样品制备的要求非常简单。它不仅可以同时对多种元素进行检测（通常可检测从铍（Be）到（U）的元素），而且具有广泛的适用性。其检测限受到基体效应和仪器性能的影响，这是在使用该方法时需要注意的一点。

X射线荧光分析是一种基于高级物理原理的强大的分析方法，能够为我们提供关于物质组成的深入信息。