X射线荧光光谱仪：原理、应用与三大定律详解

X射线荧光光谱仪是一种用于分析材料中元素组成的重要工具，其工作原理基于X射线与原子的相互作用。当一束高能X射线照射到样品上，如果X射线的能量足够大，能够克服原子内电子的结合能，便会将其轨道电子逐出，使得原子进入激发状态。例如，K层电子被击出称为K激发，而L层电子的击出则形成L激发。这个过程导致原子处于不稳定状态，随后外层电子迅速填补空穴，释放能量，形成特定的X射线辐射，即X荧光。X荧光的能量仅与原子能级差有关，因此具有元素的特征，称为特征X射线。 教学课件中详细介绍了X射线荧光分析的基础理论，包括莫塞莱定律、布拉格定律和朗伯-比尔定律。莫塞莱定律揭示了元素X射线特征光谱的规律，指出光谱线频率的平方根与元素在周期表中的位置有线性关系，这对于元素的定性分析尤其重要，是可靠的定性分析手段。 布拉格定律涉及晶体衍射现象，对于波长色散型X射线荧光仪来说，它是分光原理的基础，确保不同元素的特征X射线可以根据其波长分离，简化谱线处理并降低仪器的检测限。 朗伯-比尔定律则解释了样品对X射线的吸收特性，涉及X射线穿过物质时能量衰减和方向变化的过程，这对于计算理论上的X射线荧光相对强度至关重要。 在实际应用中，X射线荧光光谱仪主要用于样品制备后进行元素含量的定性和定量分析，如地质矿物分析、考古学研究、材料科学、环境监测等领域。通过测量和解析不同元素产生的特征X射线，可以获取样品中元素的精确信息，是现代科学技术中不可或缺的分析工具。