X射线荧光光谱仪（XRF）是一种基于X射线荧光效应的高精度元素分析仪器，通过测量样品受激发后产生的特征X射线荧光，实现元素的定性与定量分析。其核心原理是利用高能X射线轰击样品，使原子内层电子被击出形成空穴，外层电子跃迁填补时释放出特定能量的X射线荧光，该荧光的能量或波长与元素种类一一对应，强度则反映元素含量。
一、X射线源（激发源）
用于产生高能X射线，激发样品中的原子发射特征X射线荧光。
X射线管（最常见）：
由阴极（灯丝）和阳极（靶材）构成。
常用靶材：Rh（铑）、Ag（银）、Mo（钼）、Cr（铬）等，不同靶材适用于不同元素的激发。
工作电压通常为20–60 kV，电流为几十毫安。
放射性同位素源（较少见，多用于便携式设备）：
如55Fe、109Cd等，无需电源，适合现场检测。
二、样品室
用于放置待测样品，确保测量环境稳定。
样品形态适应性强：可测固体、粉末、液体、薄膜等。
配备自动进样器（高d型号），实现批量样品连续测试。
密封设计，部分仪器可抽真空或充惰性气体（如氦气），以减少空气对低能X射线（轻元素）的吸收。
三、X射线聚焦与滤光系统（主要在EDXRF中）
初级滤光片组：
位于X射线管与样品之间，用于调节入射X射线的能谱，减少背景干扰，提高信噪比。
可自动切换不同材质和厚度的滤光片（如Al、Cu、Ti等）。
准直器：
控制X射线束的大小和方向，提高空间分辨率（尤其在微区XRF中）。
聚焦光学元件（如全反射、多层膜聚焦镜）：
用于聚焦X射线，提升灵敏度，常见于高d或微区XRF系统。
四、X射线探测器
接收样品发出的特征X射线荧光，并将其转换为电信号。
1.能量色散型XRF（EDXRF）使用：
半导体探测器：
Si(Li)探测器：需液氮冷却，分辨率高，已逐渐被取代。
SDD探测器（硅漂移探测器，Silicon Drift Detector）：
当前主流，具有高分辨率、高计数率、可在Peltier制冷下工作。
能同时检测多种元素的荧光X射线。
2.波长色散型XRF（WDXRF）使用：
分光晶体+检测器：
利用不同晶面间距的分析晶体（如LiF、Ge、PET、TAP等）对荧光X射线进行衍射分光。
通过θ-2θ扫描机制，按波长分离不同元素的特征线。
检测器常用正比计数器或闪烁计数器。
五、信号处理系统
将探测器输出的微弱信号进行放大、整形和数字化。
前置放大器：靠近探测器，减少噪声。
主放大器：进一步放大并整形脉冲信号。
多道分析器（MCA,Multi-Channel Analyzer）：
将脉冲信号按能量高低分类，形成能谱图（EDXRF）或记录特定波长强度（WDXRF）。
六、测角机构与扫描控制系统（仅WDXRF）
用于精确控制样品、分光晶体和探测器之间的几何角度（遵循布拉格定律：nλ=2d sinθ）。
电机驱动，实现θ-2θ联动扫描，定位特定元素的特征波长。
七、真空/气氛控制系统
对于轻元素（如Na、Mg、Al、Si、P、S等），其特征X射线能量低，易被空气吸收。
系统可选择：
抽真空
充入惰性气体（如He或N₂）以提高轻元素的检测灵敏度。
八、计算机与软件系统（智能核心）
数据采集与控制软件：
控制仪器各部件运行，设置测量参数（电压、电流、时间、滤光片等）。
谱图处理与元素识别：
自动峰识别、背景扣除、重叠峰解卷积。
定量分析算法：
基本参数法（FP法）、经验系数法、标准曲线法等，实现无标样或有标样定量。
数据库与报告生成：
存储标准谱库、样品信息，生成分析报告，支持GLP/GMP合规性。
九、辅助系统
冷却系统：
X射线管需水冷或风冷散热；SDD探测器采用Peltier制冷。
安全防护装置：
铅屏蔽、联锁开关、辐射报警器，确保操作安全。
自动校准功能：
使用内置参考样品定期校准仪器状态。
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