X 射线荧光分析仪：原理与核心公式解析
2025-12-17 来源:隐智科仪 点击次数:35X 射线荧光分析仪（XRF）是基于荧光 X 射线发射原理的元素分析仪器，广泛应用于地质、冶金、环保等领域的元素定性与定量检测。其核心原理是利用高能 X 射线激发样品原子，使原子内壳层电子跃迁，外层电子填充空位时释放特征荧光 X 射线，通过检测荧光的能量和强度实现元素识别与含量计算。
一、基本原理
1、激发过程：入射 X 射线（初级 X 射线）能量需大于样品原子内壳层（如 K、L 层）电子的结合能，才能将电子击出形成空穴。例如，K 层电子被击出后，L 层电子会跃迁至 K 层，释放的能量以荧光 X 射线形式辐射。2、荧光特性：荧光 X 射线的能量具有元素唯一性，满足公式 \( E = h\nu = \frac{hc}{\lambda} \)（\( h \) 为普朗克常数，\( \nu \) 为频率，\( c \) 为光速，\( \lambda \) 为波长），通过检测能量或波长可定性判断元素种类；荧光强度与元素含量正相关，是定量分析的基础。
二、核心公式
- 莫塞莱定律（定性核心）：描述元素原子序数（\( Z \)）与荧光 X 射线波长（\( \lambda \)）的关系，公式为：\( \sqrt{\frac{1}{\lambda}} = K(Z - \sigma) \)
其中，\( K \) 为与跃迁壳层相关的常数（如 K 层跃迁 \( K \approx 4.96×10^7 \, \text{m}^{-1/2} \)），\( \sigma \) 为屏蔽常数（与元素种类相关，约 1~2）。通过测量 \( \lambda \) 可反推 \( Z \)，实现元素定性。
- 定量分析公式：荧光强度（\( I \)）与元素含量（\( w \)）的线性关系为：\( I = k \cdot w \cdot \frac{\mu_0}{\mu} \)
其中，\( k \) 为仪器常数（与激发源、检测效率相关），\( \mu_0 \) 为初级 X 射线的质量吸收系数，\( \mu \) 为样品对荧光 X 射线的质量吸收系数。实际应用中需通过标准样品校准 \( k \) 值，修正基体效应影响。
XRF 的优势在于快速无损检测，其原理与公式的结合，构成了元素分析的核心逻辑，为各行业提供了高效准确的检测解决方案。
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