X射線熒光光譜儀(XRF)的原理深度解析,是一條從原子激發到元素定量的科學之路。其核心基于原子能級躍遷理論,通過高能X射線激發樣品原子內層電子,觸發外層電子填補空位時釋放特征X射線熒光,這一過程實現了元素信息的“編碼”與“解碼”。
當高能X射線照射樣品時,原子內層電子(如K層)被激發脫離軌道,形成電子空穴,使原子處于高能不穩定狀態。此時,外層電子(如L層)自發躍遷至內層填補空穴,不同電子殼層間的能量差以特征X射線的形式釋放。根據莫斯萊定律,熒光X射線的波長與元素原子序數呈數學關系,即波長隨原子序數增加向短波方向移動,這為元素定性分析提供了理論依據。同時,量子理論指出,X射線光子能量與波長成反比,通過測量熒光能量或波長即可確定元素種類。
定量分析則依賴熒光強度與元素含量的線性關系。當樣品中元素濃度增加時,其特征熒光強度隨之增強,但需通過標準樣品建立校準曲線以消除基體效應、儀器漂移等干擾?,F代XRF技術通過多元回歸法、理論影響系數法或基本參數法(FP)構建數學模型,其中FP法基于物理理論計算X射線產生、傳輸及探測過程,可減少對標準樣品的依賴,實現更廣泛的樣品適應性。
從原子激發到元素定量,XRF技術通過非破壞性、多元素同步檢測的優勢,廣泛應用于地質勘探、環境監測、工業質檢等領域,成為物質成分分析的重要工具。