XRF分析是一項成熟的技術，利用初級X射線光子或其他微觀離子激發(fā)待測物質中的原子，使之產生熒光（次級X射線）而進行物質成分分析和化學態(tài)研究的方法。用于在整個行業(yè)范圍內驗證成分，是一種快速的、非破壞式的物質測量方法。其基本的無損性質，加上快速測量和結構緊湊的臺式儀器等優(yōu)點，能實現(xiàn)現(xiàn)場分析并立即得到結果。

XRF作為一種比較分析技術，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)待測物質中的原子，使之產生熒光（次級X射線）而進行物質成分分析的儀器。

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，由于內層軌道電子躍遷或高能電子減速產生，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，因為這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之外，還因其波長短、能量大而顯示其特性：

 1、穿透能力強；

 2、折射率幾乎等于1；

 3、透過晶體時發(fā)生衍射。

當高速電子束轟擊金屬靶時，會產生兩種不同的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、產生的機理、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，軌道的外層電子向空穴躍遷，使原子恢復至穩(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)，產生的特征熒光X射線輻射稱為某系譜線。實際的物理過程十分復雜，例如L層有三個支能級，其中L1能級穩(wěn)定，不產生躍遷，電子會由LII、LIII向K層躍遷，分別產生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的強度，計算出該波長對應的元素濃度。

XRF分析儀器一般由以下幾個部分構成，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)生器結構示意圖

分光檢測器

分光檢測器結構示意圖

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

現(xiàn)階段國內外XRF儀器的數(shù)據(jù)分析軟件主要以理論分析模型為基礎，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)律的實驗定律。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系。表明X射線的特征光譜與原子序數(shù)是一一對應的，使X熒光分析技術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系的理論推導定律，1912年英國物理學家布拉格父子（W.H. Bragg和W.L. Bragg）推導出了形式簡單，能夠說明晶體衍射基本關系的布拉格定律。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射線熒光相對強度的計算問題。對于X射線熒光分析技術來說，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，由于質量吸收系數(shù)的不同，使得元素強度并不是嚴格的與元素濃度成正比關系，而是存在一定程度的偏差。因而需要對此效應進行校正，才能準確的進行定量分析。

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，性質等因素，以便綜合判斷。

XRF的定量分析

X射線熒光光譜法進行定量分析的依據(jù)是元素的熒光X射線強度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射線強度。根據(jù)上式，可以采用標準曲線法，增量法，內標法等進行定量分析。但是這些方法都要使標準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或共存元素的影響，會給測定結果造成很大的偏差。

主要應用領域

1.  應用廣泛：廣泛用于冶金，地質、礦物、石油、化工、生物、醫(yī)療、刑偵、考古等諸多部門和領域，是普遍采用的一種快速、準確、經(jīng)濟的多元素分析方法。

2. 無標半定量分析：一般來說混合物的無標半定量結果在常量分析5%~95%范圍內，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產品的檢測速度得到了質的飛躍。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 年將達到 22.8 億美元，2023~2030 年的預測期內將以 5.5% 的復合年增長率增長。

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

伴隨電子技術的發(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)成為當前研究開發(fā)的熱點，適合工業(yè)現(xiàn)場的快速分析和在線分析。

通過對計算機軟件的開發(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)和模式的設置均可快速完成。另外，各種定性、無標樣定量分析軟件的應用，使XRF向著高精密度、高靈敏度的方向發(fā)展。