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X 射线荧光分析仪:原理与核心公式解析

更新时间:2025-12-17      点击次数:28

X 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性,满足公式 \( E = h\nu = \frac \)(\( h \) 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

  3. 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:\( \sqrt} = K(Z - \sigma) \)

其中,\( K \) 为与跃迁壳层相关的常数(如 K 层跃迁 \( K \approx 4.96×10^7 \, \text^ \)),\( \sigma \) 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。
  1. 定量分析公式:荧光强度(\( I \))与元素含量(\( w \))的线性关系为:\( I = k \cdot w \cdot \frac \)

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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