X射線熒光光譜儀（XRF）是一種基于X射線熒光效應(yīng)的高精度元素分析儀器，通過測量樣品受激發(fā)后產(chǎn)生的特征X射線熒光，實現(xiàn)元素的定性與定量分析。其核心原理是利用高能X射線轟擊樣品，使原子內(nèi)層電子被擊出形成空穴，外層電子躍遷填補時釋放出特定能量的X射線熒光，該熒光的能量或波長與元素種類一一對應(yīng)，強度則反映元素含量。
一、X射線源（激發(fā)源）
用于產(chǎn)生高能X射線，激發(fā)樣品中的原子發(fā)射特征X射線熒光。
X射線管（最常見）：
由陰極（燈絲）和陽極（靶材）構(gòu)成。
常用靶材：Rh（銠）、Ag（銀）、Mo（鉬）、Cr（鉻）等，不同靶材適用于不同元素的激發(fā)。
工作電壓通常為20–60 kV，電流為幾十毫安。
放射性同位素源（較少見，多用于便攜式設(shè)備）：
如55Fe、109Cd等，無需電源，適合現(xiàn)場檢測。
二、樣品室
用于放置待測樣品，確保測量環(huán)境穩(wěn)定。
樣品形態(tài)適應(yīng)性強：可測固體、粉末、液體、薄膜等。
配備自動進樣器（高d型號），實現(xiàn)批量樣品連續(xù)測試。
密封設(shè)計，部分儀器可抽真空或充惰性氣體（如氦氣），以減少空氣對低能X射線（輕元素）的吸收。
三、X射線聚焦與濾光系統(tǒng)（主要在EDXRF中）
初級濾光片組：
位于X射線管與樣品之間，用于調(diào)節(jié)入射X射線的能譜，減少背景干擾，提高信噪比。
可自動切換不同材質(zhì)和厚度的濾光片（如Al、Cu、Ti等）。
準(zhǔn)直器：
控制X射線束的大小和方向，提高空間分辨率（尤其在微區(qū)XRF中）。
聚焦光學(xué)元件（如全反射、多層膜聚焦鏡）：
用于聚焦X射線，提升靈敏度，常見于高d或微區(qū)XRF系統(tǒng)。
四、X射線探測器
接收樣品發(fā)出的特征X射線熒光，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。
1.能量色散型XRF（EDXRF）使用：
半導(dǎo)體探測器：
Si(Li)探測器：需液氮冷卻，分辨率高，已逐漸被取代。
SDD探測器（硅漂移探測器，Silicon Drift Detector）：
當(dāng)前主流，具有高分辨率、高計數(shù)率、可在Peltier制冷下工作。
能同時檢測多種元素的熒光X射線。
2.波長色散型XRF（WDXRF）使用：
分光晶體+檢測器：
利用不同晶面間距的分析晶體（如LiF、Ge、PET、TAP等）對熒光X射線進行衍射分光。
通過θ-2θ掃描機制，按波長分離不同元素的特征線。
檢測器常用正比計數(shù)器或閃爍計數(shù)器。
五、信號處理系統(tǒng)
將探測器輸出的微弱信號進行放大、整形和數(shù)字化。
前置放大器：靠近探測器，減少噪聲。
主放大器：進一步放大并整形脈沖信號。
多道分析器（MCA,Multi-Channel Analyzer）：
將脈沖信號按能量高低分類，形成能譜圖（EDXRF）或記錄特定波長強度（WDXRF）。
六、測角機構(gòu)與掃描控制系統(tǒng)（僅WDXRF）
用于精確控制樣品、分光晶體和探測器之間的幾何角度（遵循布拉格定律：nλ=2d sinθ）。
電機驅(qū)動，實現(xiàn)θ-2θ聯(lián)動掃描，定位特定元素的特征波長。
七、真空/氣氛控制系統(tǒng)
對于輕元素（如Na、Mg、Al、Si、P、S等），其特征X射線能量低，易被空氣吸收。
系統(tǒng)可選擇：
抽真空
充入惰性氣體（如He或N?）以提高輕元素的檢測靈敏度。
八、計算機與軟件系統(tǒng)（智能核心）
數(shù)據(jù)采集與控制軟件：
控制儀器各部件運行，設(shè)置測量參數(shù)（電壓、電流、時間、濾光片等）。
譜圖處理與元素識別：
自動峰識別、背景扣除、重疊峰解卷積。
定量分析算法：
基本參數(shù)法（FP法）、經(jīng)驗系數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)曲線法等，實現(xiàn)無標(biāo)樣或有標(biāo)樣定量。
數(shù)據(jù)庫與報告生成：
存儲標(biāo)準(zhǔn)譜庫、樣品信息，生成分析報告，支持GLP/GMP合規(guī)性。
九、輔助系統(tǒng)
冷卻系統(tǒng)：
X射線管需水冷或風(fēng)冷散熱；SDD探測器采用Peltier制冷。
安全防護裝置：
鉛屏蔽、聯(lián)鎖開關(guān)、輻射報警器，確保操作安全。
自動校準(zhǔn)功能：
使用內(nèi)置參考樣品定期校準(zhǔn)儀器狀態(tài)。
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