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光电激发与弛豫过程
当高能X射线（或γ射线）轰击样品时，其能量若超过原子内层电子结合能（如K层、L层），将导致电子电离并形成空位。激发态原子通过外层电子跃迁填补空位时，释放特征X射线（荧光辐射），其能量等于两电子轨道能级差（ΔE=hv），遵循莫塞莱定律：
（λ为特征X射线波长，Z为原子序数，k、σ为修正系数）
元素指纹识别
每种元素形成元素指纹谱，实现ppm级（0.0001%）至百分含量范围的精准定性/定量分析。
| 核心组件 | 功能描述 |
|---|---|
| 激发源 | 高压X射线管（Rh靶/Ag靶，功率50-100 W）或放射性同位素源（如⁵⁵Fe、¹⁰⁹Cd） |
| 样品室 | 多轴可调样品台，支持直径1-50 mm样品，配备He气吹扫系统降低轻元素吸收 |
| 探测系统 | 硅漂移探测器（SDD，能量分辨率＜130 eV）或比例计数器 |
| 数据处理系统 | 多道脉冲高度分析器（MCA）结合FP法/经验系数法解谱 |
| 参数 | 能量色散型XRF（ED-XRF） | 波长色散型XRF（WD-XRF） |
|---|---|---|
| 分光原理 | 直接测量X射线能量 | 晶体分光测量X射线波长 |
| 探测器 | 半导体探测器（SDD） | 流气式正比计数器+分光晶体 |
| 分辨率 | 中等（~150 eV） | 高（~5 eV） |
| 检测速度 | 快速（秒级） | 较慢（分钟级） |
| 典型应用 | 现场快速筛查、多元素同时分析 | 实验室高精度分析、重元素检测 |
| 领域 | 典型检测对象 | 关键指标 |
|---|---|---|
| 冶金工业 | 304/316不锈钢Cr/Ni/Mo含量 | 牌号鉴别 误差小于0.5 wt% |
| 环境监测 | 土壤中Pb/Cd/As污染浓度 | 检出限：2-10 ppm（重金属） |
| 电子制造 | 焊料Sn-Ag-Cu合金比例 | 厚度分析精度±0.1 μm |
| 考古鉴定 | 青铜器Cu-Sn-Pb三元组分 | 非破坏检测，支持μ-XRF微区分析 |
| 珠宝检测 | 贵金属纯度（Au750/Au916） | 表层镀层识别能力达10 nm |
核心优势
非破坏性检测（NDT），样品形态兼容性强
多元素同步分析（Na-U全元素覆盖）
快速检测（5-300秒/样品）
无需复杂前处理（支持原位检测）
技术局限
轻元素（Z＜11）检测灵敏度低
对样品均质性敏感（需研磨至＜50 μm）
基体效应需通过标准样品校正
样品制备
金属块体：碳化钨砂纸打磨至Ra＜0.8 μm
粉末样品：硼酸镶边压片（压力＞20吨）
液体样品：6 μm聚酯膜密封防挥发
仪器校准
每日开机执行能量校准（Cu-Kα=8.04 keV）
每周验证检出限（NIST SRM 610标样）
每季度检查重复性（RSD＜1.5%）
辐射安全
铅屏蔽体（≥2 mm铅当量）
实时剂量监控（工作区＜2.5 μSv/h）
操作员佩戴TLD个人剂量计
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