X射线荧光光谱仪的原理及优点

现代X射线荧光光谱仪已发展成一个大家族，可分为同步辐射X射线荧光光谱、质子X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱、波长色散X射线荧光光谱和能量色散X射线荧光光谱等。同步辐射X射线荧光光谱、质子X射线荧光光谱、全反射X射线荧光光谱基本上是用Si（Li）半导体探测器进行检测的。

波长色散X射线荧光光谱还可进一步分为顺序型（扫描型）、多元素同时分析型（多道）谱仪和固定道与顺序型相结合的谱仪三大类。三者适用范围各有千秋，顺序型适用于科研及多用途工作，多道谱仪则适用于相对固定组成和批量试样分析，固定道与顺序式相结合则结合了两者的优点。

能量色散X射线荧光光谱可进一步分为具有高分辨率的实验室通用谱仪如Si（Li）和高纯锗的半导体探测器，以正比计数管或闪烁计数管为探测器的便携式谱仪和介于两者之间的台式谱仪。

X射线荧光光谱仪在结构上基本由激发样品的光源、色散、探测、谱仪控制和数据处理等几方面组成。在科研研究、工农业生产和环保上，波长色散X射线荧光光谱仪和能量色散X射线荧光光谱仪被广泛应用。在此也重点介绍这两种X射线荧光光谱仪。早在20世纪80年代中期，许多人就认为波长色散X射线荧光光谱仪已经相当成熟，但之后波长色散X射线荧光光谱仪仍有很大进步。其特点是结构上小型化、操作上自动化和数据处理睿智化。

后面会有对波长色散X射线荧光光谱仪结构的详细介绍，此处要介绍的是能量色散X射线荧光光谱仪相比波长色散X射线荧光光谱仪的不同点。能量色散X射线荧光光谱仪不采用晶体分光系统，二是利用半导体检测器的高分辨率，再配有多道脉冲分析器，直接测量试样X射线荧光的能量。因此能量色散X射线荧光光谱仪的结构相比波长色散X射线荧光光谱仪会显得结构更小型轻便。

能量色散X射线荧光光谱仪的基本运作为：来自试样的X射线荧光依次被半导体检测器检测得到一系列幅度与光子能量呈正比的脉冲，经放大器放大后送到多道脉冲幅度分析器上。按脉冲幅度的大小分别统计脉冲数，脉冲幅度可以用光子的能量来标度从而得到强度随光子能量分布的曲线，即能谱图。

与波长色散法相比，能量色散法的主要优点是：

①由于不需要晶体及测角仪系统，检测器的位置可以紧接样品位置，接收幅度的立体角增大，检测灵敏度可提高2~3个数量级。

②不存在高次衍射谱线的干扰，可以一次同时测定样品中几乎所有的元素，分析物件不受限制。

③能量色散X射线荧光光谱仪已发展成系列仪器，有便携式或在线型、台式和通用的高性能谱仪等三种类型。类型区分主要以谱仪分辨率为基准。

④仪器操作简便，分析速度快，适合现场分析。

⑤谱仪结构紧凑，安装、使用和维修均很方便。特别是以封闭式正比计数管为探测器的谱仪，其价格便宜、重量轻、可靠，能在恶劣环境下工作，因此广泛用作现场或在线式谱仪。

目前能量色散X射线荧光光谱仪主要不足是对轻元素还不能使相邻元素的Ka谱线*分开，检测器必须在液氮低温下保存和使用，连续光谱构成的背景较大。