1.引言

化学成分分析的方法主要有化学分析、物理分析。其中物理分析越来越收到研究者的关注，其具有几个特点：1）不破坏样品成分；2）绝大部分的物理分析的分析区域很小；3）以表面分析方法为主；4）分析速度快、灵敏度高。常见的物理分析方法包括X射线荧光光谱（XRF）、等离子发射光谱(ICP)、原子吸收光谱(AAS)、原子荧光光谱法(AFS)和电子探针分析(EPMA)等。XRF分析测试技术已经在地质、冶金、电子机械、石油、航空航天材料、生物、生态环境、商检等领域有了广泛的应用，学子们也在越来越多的文章中看到XRF测试的身影。但是你对X射线荧光光谱分析真的了解吗？又或者说了解多少呢？在这里，作者对X射线荧光光谱分析的基本原理及运用进行了详细的总结。

2、X射线荧光的产生及分析原理

2.1 X射线荧光的产生

原子结构由原子核及核外电子组成，每个核外电子都以特定的能量在固定轨道上运行。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（如：K层）而出现一个空穴，使整个原子结构处于不稳定状态，较外层电子（如：L层）就会自发地跃迁到内层来填充这个空穴。不同壳层之间存在能量差（如：ΔE=EL-EK），当跃迁过程中能量差以二次X射线的形式释放出来时就可以发射特征X射线荧光。[1, 2]

图1 X射线荧光的产生示意图

图2 俄歇产量和荧光产额随原子序数变化的曲线

俄歇效应与X射线荧光发射是互相竞争的关系，由图2可知，对于原子序数小于11的元素，俄歇电子的几率高，而且各谱线的荧光产额随K、L、M、N系列的顺序递减。所以一般原子序数小于55的元素常用K系谱线作为分析线，原子数大于55的元素，常选用L系作为分析线。这里给出K系和L系谱线的相对强度。

K系谱线的相对强度为：

Kα1: Kα2: Kα1,2: Kβ = 100: 50: 150: 20

L系谱线的相对强度为:

Lα1: Lβ1: Lβ2: Lβ3 = 100: 50: 150: 20

2.2 荧光分析原理

每一种元素都有其特定波长（或能量）的特征X射线。由Moseley定律可知，元素的荧光X射线的波长（λ）随元素的原子序数（Z）增加，有规律地向短波方向移动。

(1/λ)1/2 = K(Z-S)

上式中K、S为常数，随谱系（L、K、M、N）而定。通过测定样品中荧光X射线的波长，就可以确定样品中元素的种类信息。这就是X射线荧光光谱定性分析。[2-4]

元素特征X射线的强度与该元素在样品中的原子数量成比例。通过测量样品中某种元素荧光X射线的强度，采用适当的方法进行校准与校正，就可以求出该元素在样品中的百分含量。这就是X射线荧光光谱定量分析。[3, 6]

3、X 射线荧光光谱仪的类型

3.1波长色散X 射线荧光光谱仪

波长色散X射线荧光光谱仪（WDXRF）主要由激发器、滤波片、样品杯、分光晶体、探测器、多道分析器计数电路和计算机组成。通过高电压加速的高速电子流打入到X光管中金属靶材后产生高能X射线，高能X射线经过过滤和聚集后照射样品，这时样品就会被激发出X射线荧光，X射线荧光经过准直器后以平行光束的形式照射到分光晶体，波段分离后的荧光被探测器探测到再经过放大、数模转换后输入到计算机，得到测试的结果。

图3 波长色散型X射线荧光光谱仪示意图

其中分光晶体的作用是通过衍射将从样品发出的荧光按不同的波段分离。根据布拉格方程(nλ=2dsinθ)原理，选择的晶体不同，则晶面间距d值不同，可测定的波长范围就不同，下表给出8个供选择的常用分光晶体，基本能够覆盖所有波长。

表1 常用的分光晶体

波长色散型X射线荧光光谱仪在定性与定量分析时精度和灵敏度高，并且在4