X射線熒光光譜儀（XRF）是一種基于X射線熒光效應的高精度元素分析儀器，通過測量樣品受激發后產生的特征X射線熒光，實現元素的定性與定量分析。其核心原理是利用高能X射線轟擊樣品，使原子內層電子被擊出形成空穴，外層電子躍遷填補時釋放出特定能量的X射線熒光，該熒光的能量或波長與元素種類一一對應，強度則反映元素含量。

　　X射線熒光光譜儀的主要結構組成：

　　一、X射線源（激發源）

　　用于產生高能X射線，激發樣品中的原子發射特征X射線熒光。

　　X射線管（最常見）：

　　由陰極（燈絲）和陽極（靶材）構成。

　　常用靶材：Rh（銠）、Ag（銀）、Mo（鉬）、Cr（鉻）等，不同靶材適用于不同元素的激發。

　　工作電壓通常為20–60 kV，電流為幾十毫安。

　　放射性同位素源（較少見，多用于便攜式設備）：

　　如55Fe、109Cd等，無需電源，適合現場檢測。

　　二、樣品室

　　用于放置待測樣品，確保測量環境穩定。

　　樣品形態適應性強：可測固體、粉末、液體、薄膜等。

　　配備自動進樣器（高d型號），實現批量樣品連續測試。

　　密封設計，部分儀器可抽真空或充惰性氣體（如氦氣），以減少空氣對低能X射線（輕元素）的吸收。

　　三、X射線聚焦與濾光系統（主要在EDXRF中）

　　初級濾光片組：

　　位于X射線管與樣品之間，用于調節入射X射線的能譜，減少背景干擾，提高信噪比。

　　可自動切換不同材質和厚度的濾光片（如Al、Cu、Ti等）。

　　準直器：

　　控制X射線束的大小和方向，提高空間分辨率（尤其在微區XRF中）。

　　聚焦光學元件（如全反射、多層膜聚焦鏡）：

　　用于聚焦X射線，提升靈敏度，常見于高d或微區XRF系統。

　　四、X射線探測器

　　接收樣品發出的特征X射線熒光，并將其轉換為電信號。

　　1.能量色散型XRF（EDXRF）使用：

　　半導體探測器：

　　Si(Li)探測器：需液氮冷卻，分辨率高，已逐漸被取代。

　　SDD探測器（硅漂移探測器，Silicon Drift Detector）：

　　當前主流，具有高分辨率、高計數率、可在Peltier制冷下工作。

　　能同時檢測多種元素的熒光X射線。

　　2.波長色散型XRF（WDXRF）使用：

　　分光晶體+檢測器：

　　利用不同晶面間距的分析晶體（如LiF、Ge、PET、TAP等）對熒光X射線進行衍射分光。

　　通過θ-2θ掃描機制，按波長分離不同元素的特征線。

　　檢測器常用正比計數器或閃爍計數器。

　　五、信號處理系統

　　將探測器輸出的微弱信號進行放大、整形和數字化。

　　前置放大器：靠近探測器，減少噪聲。

　　主放大器：進一步放大并整形脈沖信號。

　　多道分析器（MCA,Multi-Channel Analyzer）：

　　將脈沖信號按能量高低分類，形成能譜圖（EDXRF）或記錄特定波長強度（WDXRF）。

　　六、測角機構與掃描控制系統（僅WDXRF）

　　用于精確控制樣品、分光晶體和探測器之間的幾何角度（遵循布拉格定律：nλ=2d sinθ）。

　　電機驅動，實現θ-2θ聯動掃描，定位特定元素的特征波長。

　　七、真空/氣氛控制系統

　　對于輕元素（如Na、Mg、Al、Si、P、S等），其特征X射線能量低，易被空氣吸收。

　　系統可選擇：

　　抽真空

　　充入惰性氣體（如He或N?）以提高輕元素的檢測靈敏度。

　　八、計算機與軟件系統（智能核心）

　　數據采集與控制軟件：

　　控制儀器各部件運行，設置測量參數（電壓、電流、時間、濾光片等）。

　　譜圖處理與元素識別：

　　自動峰識別、背景扣除、重疊峰解卷積。

　　定量分析算法：

　　基本參數法（FP法）、經驗系數法、標準曲線法等，實現無標樣或有標樣定量。

　　數據庫與報告生成：

　　存儲標準譜庫、樣品信息，生成分析報告，支持GLP/GMP合規性。

　　九、輔助系統

　　冷卻系統：

　　X射線管需水冷或風冷散熱；SDD探測器采用Peltier制冷。

　　安全防護裝置：

　　鉛屏蔽、聯鎖開關、輻射報警器，確保操作安全。

　　自動校準功能：

　　使用內置參考樣品定期校準儀器狀態。