XRF分析是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，利用初級X射線光子或其他微觀離子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級X射線）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。用于在整個行業(yè)范圍內(nèi)驗(yàn)證成分，是一種快速的、非破壞式的物質(zhì)測量方法。其基本的無損性質(zhì)，加上快速測量和結(jié)構(gòu)緊湊的臺式儀器等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分析并立即得到結(jié)果。

XRF作為一種比較分析技術(shù)，在一定的條件下，利用初級X射線光子或其他微觀粒子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級X射線）而進(jìn)行物質(zhì)成分分析的儀器。

按激發(fā)、色散和探測方法的不同，分為：

X射線光譜法（波長色散）

X射線能譜法（能量色散）

X射線是一種具有較短波長的高能電子波，由于內(nèi)層軌道電子躍遷或高能電子減速產(chǎn)生，X射線的波長范圍為0.01-10nm。介于紫外線和γ射線之間，并具有部分重疊峰。

XRF可測定元素周期表中從Be到U，即波長從0.01nm到2nm；不能分析H，He，Li，因?yàn)檫@些元素沒有足夠的電子；U以上的元素不夠穩(wěn)定。

XRF分析元素的范圍

X射線與可見光相比，除了具有波粒二象性的共同性質(zhì)之外，還因其波長短、能量大而顯示其特性：

 1、穿透能力強(qiáng)；

 2、折射率幾乎等于1；

 3、透過晶體時發(fā)生衍射。

當(dāng)高速電子束轟擊金屬靶時，會產(chǎn)生兩種不同的X射線。一種是連續(xù)X射線，一種是特征X射線，它們的性質(zhì)、產(chǎn)生的機(jī)理、用途均不相同。

X射線熒光光譜（XRF）分析利用的是連續(xù)X射線，

X射線衍射（XRD）分析利用的是特征X射線。

一束高能粒子（射線）在與原子的相互作用下，如果其能量大于或等于原子某一軌道電子的結(jié)合能時，可以將該軌道的電子逐出，形成空穴；此時原子處于非穩(wěn)定狀態(tài)，在極短的時間內(nèi)，軌道的外層電子向空穴躍遷，使原子恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)。

那么，在外層電子躍遷的過程中，兩個殼層之間的能量差就以特征X射線的形式溢出原子。

位于某殼層的電子被激發(fā)稱為某系激發(fā)，產(chǎn)生的特征熒光X射線輻射稱為某系譜線。實(shí)際的物理過程十分復(fù)雜，例如L層有三個支能級，其中L1能級穩(wěn)定，不產(chǎn)生躍遷，電子會由LII、LIII向K層躍遷，分別產(chǎn)生Kα1和Kα2。

X射線光管發(fā)射的原級X射線射入至樣品，激發(fā)樣品中各元素的特征譜線； 

探測器記錄特征波長的X射線光子N； 

根據(jù)特定波長X射線光子N的強(qiáng)度，計算出該波長對應(yīng)的元素濃度。

XRF分析儀器一般由以下幾個部分構(gòu)成，分別是：X射線發(fā)生器、分光檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。

X射線發(fā)生器

X射線發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖

分光檢測器

分光檢測器結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

現(xiàn)階段國內(nèi)外XRF儀器的數(shù)據(jù)分析軟件主要以理論分析模型為基礎(chǔ)，最基本的理論有以下幾種：

■  莫塞萊定律(Moseley’s law)

反映各元素X射線特征光譜規(guī)律的實(shí)驗(yàn)定律。莫塞萊研究從鋁到金的38種元素的X射線特征光譜K和L線，得出譜線頻率的平方根與元素在周期表中排列的序號成線性關(guān)系。表明X射線的特征光譜與原子序數(shù)是一一對應(yīng)的，使X熒光分析技術(shù)成為定性分析方法中最可靠的方法之一。

■  布拉格定律(Bragg’s law)

反映晶體衍射基本關(guān)系的理論推導(dǎo)定律，1912年英國物理學(xué)家布拉格父子（W.H. Bragg和W.L. Bragg）推導(dǎo)出了形式簡單，能夠說明晶體衍射基本關(guān)系的布拉格定律。此定律是波長色散型X熒光儀的分光原理，使不同元素不同波長的特征x熒光完全分開，使譜線處理工作變得非常簡單，降低了儀器檢出限。

■  比爾-朗伯定律(Beer-Lambert’s law)

反映樣品吸收狀況的定律涉及到理論X射線熒光相對強(qiáng)度的計算問題。對于X射線熒光分析技術(shù)來說，原級射線傳入樣品的過程中要發(fā)生衰減，樣品被激發(fā)后產(chǎn)生的熒光X射線在傳出樣品的過程中也要發(fā)生衰減，由于質(zhì)量吸收系數(shù)的不同，使得元素強(qiáng)度并不是嚴(yán)格的與元素濃度成正比關(guān)系，而是存在一定程度的偏差。因而需要對此效應(yīng)進(jìn)行校正，才能準(zhǔn)確的進(jìn)行定量分析。

XRF的定性分析

不同元素的熒光X射線具有各自的特定波長，因此根據(jù)熒光X射線波長可以確定元素的組成。但如果元素含量過低或存在元素間的譜線干擾時，需要人工鑒別。在分析未知譜線時，需要考慮到樣品的來源，性質(zhì)等因素，以便綜合判斷。

XRF的定量分析

X射線熒光光譜法進(jìn)行定量分析的依據(jù)是元素的熒光X射線強(qiáng)度Ii與試樣中的含量Wi成正比：

Ii=IsWi

式中，Is為Wi=100%時，該元素的熒光X射線強(qiáng)度。根據(jù)上式，可以采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，增量法，內(nèi)標(biāo)法等進(jìn)行定量分析。但是這些方法都要使標(biāo)準(zhǔn)樣品的組成與試樣的組成盡可能相同或相似，否則試樣的基體效應(yīng)或共存元素的影響，會給測定結(jié)果造成很大的偏差。

主要應(yīng)用領(lǐng)域

1.  應(yīng)用廣泛：廣泛用于冶金，地質(zhì)、礦物、石油、化工、生物、醫(yī)療、刑偵、考古等諸多部門和領(lǐng)域，是普遍采用的一種快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)的多元素分析方法。

2. 無標(biāo)半定量分析：一般來說混合物的無標(biāo)半定量結(jié)果在常量分析5%~95%范圍內(nèi)，參考價值很大。

3. 無損檢測：具有非破壞性。

4. 制樣方便：制樣十分便捷，固體、液體、粉末均可進(jìn)行分析。手持XRF更是無需制樣、上手即測。

5.  快速檢測：近年來，XRF產(chǎn)品的檢測速度得到了質(zhì)的飛躍。檢測時間按從最初的幾十分鐘降低到只需幾秒鐘，非常適用于通量大、需求多的用戶。

在各種原子光譜中，XRF占據(jù)了高達(dá)31%的最高市場份額。據(jù) Data Bridge ，X 射線熒光 （XRF） 市場在 2022 年為 14.9 億美元，到 2030 年將達(dá)到 22.8 億美元，2023~2030 年的預(yù)測期內(nèi)將以 5.5% 的復(fù)合年增長率增長。

X射線熒光光譜儀的不斷完善和發(fā)展所帶動的X射線熒光分析技術(shù)已被廣泛用于冶金，地質(zhì)、礦物、石油、化工、生物、醫(yī)療、刑偵、考古等諸多部門和領(lǐng)域。X射線熒光光譜分析不僅成為對其物質(zhì)的化學(xué)元素、物相、化學(xué)立體結(jié)構(gòu)、物證材料進(jìn)行試測，對產(chǎn)品和材料質(zhì)量進(jìn)行無損檢測，對人體進(jìn)行醫(yī)檢和微電路的光刻檢驗(yàn)等的重要分析手段，也是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等普遍采用的一種快速、準(zhǔn)確而又經(jīng)濟(jì)的多元素分析方法。

伴隨電子技術(shù)的發(fā)展，儀器呈現(xiàn)模塊化、集成化的發(fā)展趨勢。很多制造商采用小功率Ｘ光管，減少水冷系統(tǒng)，從而適應(yīng)了XRF在高壓、高溫、磁場等特殊環(huán)境下的專用分析需要，專用Ｘ射線熒光光譜儀和小型便攜式熒光光譜儀已經(jīng)成為當(dāng)前研究開發(fā)的熱點(diǎn)，適合工業(yè)現(xiàn)場的快速分析和在線分析。

通過對計算機(jī)軟件的開發(fā)，將XRF變得更加智能化，測試操作簡便，數(shù)據(jù)處理快捷，儀器參數(shù)和模式的設(shè)置均可快速完成。另外，各種定性、無標(biāo)樣定量分析軟件的應(yīng)用，使XRF向著高精密度、高靈敏度的方向發(fā)展。