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技術原理與物理基礎
光電激發與弛豫過程
當高能X射線（或γ射線）轟擊樣品時，其能量若超過原子內層電子結合能（如K層、L層），將導致電子電離并形成空位。激發態原子通過外層電子躍遷填補空位時，釋放特征X射線（熒光輻射），其能量等于兩電子軌道能級差（ΔE=hv），遵循莫塞萊定律：
（λ為特征X射線波長，Z為原子序數，k、σ為修正系數）
元素指紋識別
每種元素形成元素指紋譜，實現ppm級（0.0001%）至百分含量范圍的精準定性/定量分析。
儀器系統架構
| 核心組件 | 功能描述 |
|---|---|
| 激發源 | 高壓X射線管（Rh靶/Ag靶，功率50-100 W）或放射性同位素源（如??Fe、1??Cd） |
| 樣品室 | 多軸可調樣品臺，支持直徑1-50 mm樣品，配備He氣吹掃系統降低輕元素吸收 |
| 探測系統 | 硅漂移探測器（SDD，能量分辨率＜130 eV）或比例計數器 |
| 數據處理系統 | 多道脈沖高度分析器（MCA）結合FP法/經驗系數法解譜 |
技術類型對比
| 參數 | 能量色散型XRF（ED-XRF） | 波長色散型XRF（WD-XRF） |
|---|---|---|
| 分光原理 | 直接測量X射線能量 | 晶體分光測量X射線波長 |
| 探測器 | 半導體探測器（SDD） | 流氣式正比計數器+分光晶體 |
| 分辨率 | 中等（~150 eV） | 高（~5 eV） |
| 檢測速度 | 快速（秒級） | 較慢（分鐘級） |
| 典型應用 | 現場快速篩查、多元素同時分析 | 實驗室高精度分析、重元素檢測 |
跨行業應用矩陣
| 領域 | 典型檢測對象 | 關鍵指標 |
|---|---|---|
| 冶金工業 | 304/316不銹鋼Cr/Ni/Mo含量 | 牌號鑒別 誤差小于0.5 wt% |
| 環境監測 | 土壤中Pb/Cd/As污染濃度 | 檢出限：2-10 ppm（重金屬） |
| 電子制造 | 焊料Sn-Ag-Cu合金比例 | 厚度分析精度±0.1 μm |
| 考古鑒定 | 青銅器Cu-Sn-Pb三元組分 | 非破壞檢測，支持μ-XRF微區分析 |
| 珠寶檢測 | 貴金屬純度（Au750/Au916） | 表層鍍層識別能力達10 nm |
技術優勢與局限
核心優勢
非破壞性檢測（NDT），樣品形態兼容性強
多元素同步分析（Na-U全元素覆蓋）
快速檢測（5-300秒/樣品）
無需復雜前處理（支持原位檢測）
技術局限
輕元素（Z＜11）檢測靈敏度低
對樣品均質性敏感（需研磨至＜50 μm）
基體效應需通過標準樣品校正
標準化操作要點
樣品制備
金屬塊體：碳化鎢砂紙打磨至Ra＜0.8 μm
粉末樣品：硼酸鑲邊壓片（壓力＞20噸）
液體樣品：6 μm聚酯膜密封防揮發
儀器校準
每日開機執行能量校準（Cu-Kα=8.04 keV）
每周驗證檢出限（NIST SRM 610標樣）
每季度檢查重復性（RSD＜1.5%）
輻射安全
鉛屏蔽體（≥2 mm鉛當量）
實時劑量監控（工作區＜2.5 μSv/h）
操作員佩戴TLD個人劑量計
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