XRF:X射線熒光光譜分析 - XRayFluorescence人們通常把X射線照射在物質(zhì)上而產(chǎn)生的次級X射線叫X射線熒光（X—RayFluorescence），而把用來照射的X射線叫原級X射線。所以X射線熒光仍是X射線。一臺典型的X射線熒光（XRF）儀器由激發(fā)源（X射線管）和探測系統(tǒng)構(gòu)成。

X射線熒光的物理原理

X射線是電磁波譜中的某特定波長范圍內(nèi)的電磁波，其特性通常用能量（單位：千電子伏特，keV）和波長（單位：nm）描述。

X射線熒光是原子內(nèi)產(chǎn)生變化所致的現(xiàn)象。一個(gè)穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)由原子核及核外電子組成。其核外電子都以各自特有的能量在各自的固定軌道上運(yùn)行，內(nèi)層電子（如K層）在足夠能量的X射線照射下脫離原子的束縛，釋放出來，電子的逐放會導(dǎo)致該電子殼層出現(xiàn)相應(yīng)當(dāng)電子空位。這時(shí)處于高能量電子殼層的電子（如：L層）會躍遷到該低能量電子殼層來填補(bǔ)相應(yīng)當(dāng)電子空位。由于不同電子殼層之間存在著能量差距，這些能量上的差以二次X射線的形式釋放出來，不同的元素所釋放出來的二次X射線具有特定的能量特性。這一個(gè)過程就是我們所說的X射線熒光（XRF）。

X射線的波長

元素的原子受到高能輻射激發(fā)而引起內(nèi)層電子的躍遷，同時(shí)發(fā)射出具有一定特殊性波長的X射線，根據(jù)莫斯萊定律，熒光X射線的波長λ與元素的原子序數(shù)Z有關(guān)，其數(shù)學(xué)關(guān)系如下：

λ=K - Z?s?2

式中K和S是常數(shù)。

X射線的能量

而根據(jù)量子理論，X射線可以看成由一種量子或光子組成的粒子流，每個(gè)光具有的能量為：

E=hν=hC/λ

式中，E為X射線光子的能量，單位為keV；h為普朗克常數(shù)；ν為光波的頻率；C為光速。

因此,只要測出熒光X射線的波長或者能量,就可以知道元素的種類，這就是熒光X射線定性分析的基礎(chǔ)。此外,熒光X射線的強(qiáng)度與相應(yīng)元素的含量有一定的關(guān)系，據(jù)此，可以進(jìn)行元素定量分析。

分類

不同元素發(fā)出的特征X射線能量和波長各不相同，因此通過對X射線的能量或者波長的測量即可知道它是何種元素發(fā)出的，進(jìn)行元素的定性分析。同時(shí)樣品受激發(fā)后發(fā)射某一元素的特征X射線強(qiáng)度跟這元素在樣品中的含量有關(guān)，因此測出它的強(qiáng)度就能進(jìn)行元素的定量分析。

因此，X射線熒光光譜儀有兩種基本類型：

波長色散型（WD-XRF）和能量色散型（ED-XRF

比較

優(yōu)點(diǎn)

a分析速度高。測定用時(shí)與測定精密度有關(guān)，但一般都很短，2～5分鐘就可以測完樣品中的全部待測元素。

bX射線熒光光譜跟樣品的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)無關(guān)，而且跟固體、粉末、液體及晶質(zhì)、非晶質(zhì)等物質(zhì)的狀態(tài)也基本上沒有關(guān)系。（氣體密封在容器內(nèi)也可分析）但是在高分辨率的精密測定中卻可看到有波長變化等現(xiàn)象。特別是在超軟X射線范圍內(nèi)，這種效應(yīng)更為顯著。波長變化用于化學(xué)位的測定。

c非破壞分析。在測定中不會引起化學(xué)狀態(tài)的改變，也不會出現(xiàn)試樣飛散現(xiàn)象。同一試樣可反復(fù)多次測量，結(jié)果重現(xiàn)性好。

dX射線熒光分析是一種物理分析方法，所以對在化學(xué)性質(zhì)上屬同一族的元素也能進(jìn)行分析。

e分析精密度高。

f制樣簡單，固體、粉末、液體樣品等都可以進(jìn)行分析。

缺點(diǎn)

a）難于作絕對分析，故定量分析需要標(biāo)樣。

b）對輕元素的靈敏度要低一些。

c）容易受相互元素干擾和疊加峰影響。

分析

aX射線用于元素分析，是一種新的分析技術(shù)，但在經(jīng)過二十多年的探索以后，現(xiàn)在已完全成熟，已成為一種廣泛應(yīng)用于冶金、地質(zhì)、有色、建材、商檢、環(huán)保、衛(wèi)生等各個(gè)領(lǐng)域。

b每個(gè)元素的特征X射線的強(qiáng)度除與激發(fā)源的能量和強(qiáng)度有關(guān)外，還與這種元素在樣品中的含量有關(guān)。

c根據(jù)各元素的特征X射線的強(qiáng)度，也可以獲得各元素的含量信息。這就是X射線熒光分析的基本原理。

XRF分析儀的主要環(huán)境應(yīng)用

過去，對環(huán)境的評估只能依賴于在實(shí)驗(yàn)室對從現(xiàn)場采集并運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室的樣件所做的分析，這種方法既浪費(fèi)金錢又耗用時(shí)間。如今有了便攜式XRF分析儀，檢測人員可以在現(xiàn)場直接對環(huán)境進(jìn)行評估。DELTA手持式XRF分析儀可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、有效、及時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，并快速得出全面的調(diào)查結(jié)論，從而決定所要采取的下一步措施。

一、發(fā)展中國家危險(xiǎn)的高含量有毒金屬

在發(fā)展中國家的居民區(qū)和娛樂區(qū)可能會發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的高含量鉛、砷、汞、鉻、鎘及其它有毒金屬。在這些國家和地區(qū)，這些金屬的危險(xiǎn)性可能還不為當(dāng)?shù)厝怂?，或者還沒有施行有關(guān)限制這些金屬的法律法規(guī)。手持式X射線熒光分析儀可快速判斷是否存在這些污染物并辨別其含量，從而可使世界衛(wèi)生倡導(dǎo)組織依據(jù)檢測結(jié)果出臺糾正措施，以幫助發(fā)展中國家利用當(dāng)?shù)刭Y源，通過安全的工作實(shí)提高人們的生活水平，并使這些國家和地區(qū)得到持續(xù)的發(fā)展。

二、城市周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)及農(nóng)藝學(xué)隨著世界人口的增長，食物來源的安全性也變得越來越重要。隨著人們對食物安全性的要求不斷提高，城市周邊的農(nóng)業(yè)發(fā)展也越來越受到歡迎。

但是，在工業(yè)區(qū)和其它城市設(shè)施附近發(fā)展農(nóng)業(yè)會增加農(nóng)作物受到有害物質(zhì)侵害的危險(xiǎn)，因?yàn)榉N植莊稼的土壤及用于灌溉的水源可能會有高含量的砷、汞、鎘、鉻、鉛等污染物質(zhì)。DELTA手持式XRF分析儀不僅可以快速探測出這些有毒金屬，還可以確定諸如鈣、鎂、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)和肥料的存在。由于DELTAXPLORERGPS-XRF可以在田地里對土壤進(jìn)行高密度分析，而且可以在現(xiàn)場得到結(jié)果并進(jìn)行空間模式化，因而這款分析儀已經(jīng)成為發(fā)展精耕細(xì)作式農(nóng)業(yè)的理想工具。

三、危險(xiǎn)的廢料篩檢和可持續(xù)產(chǎn)業(yè)

目前，大多數(shù)行業(yè)都面臨著必須實(shí)施可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃的壓力。這個(gè)計(jì)劃有助于降低各個(gè)行業(yè)在制造和包裝產(chǎn)品的過程中對周邊環(huán)境和人們的健康造成的有害影響。各種工業(yè)、工程公司及監(jiān)管機(jī)構(gòu)都可在生產(chǎn)現(xiàn)場使用手持式XRF系統(tǒng)進(jìn)行檢測，以確?？焖僮R別出任何重金屬污染物質(zhì)，并采取有效的補(bǔ)救措施。

四、社區(qū)與居住區(qū)域的發(fā)展

DELTA可以在瞬間辨別出土壤中重金屬極低的百萬分率含量，在開發(fā)或整修學(xué)校、社區(qū)中心、住宅、游樂場及運(yùn)動場以前，這款分析儀是有助于保障環(huán)境安全的重要工具。

如果要在以前是垃圾填埋場、工業(yè)場址、果園、飼養(yǎng)場、閑置的污染土地以及其它會發(fā)現(xiàn)高含量有毒金屬的地區(qū)開發(fā)房地產(chǎn)，DELTA分析儀無疑是一件必不可少的工具。此外，在對建筑物及舊房屋進(jìn)行翻修、重建、恢復(fù)及涂漆的過程中，DELTA可以迅速探測出土壤和塵埃、建筑物表面、含鉛顏料中的鉛（Pb）元素，從而有助于減少在分析工程是否符合環(huán)境管理規(guī)定的過程中所耗用的資金和時(shí)間。