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XRF 是分析古代文物和陶器的重要工具，可用于确定其成分和来源，并揭示过去文明的潜在贸易路线。例如，考古学家可以使用 XRF 分析金属工具或珠宝，以追踪原材料的来源。同样，在艺术品保护方面，手持式 XRF 分析仪可以识别绘画或雕塑中使用的颜料和材料，帮助进行真实性验证和修复项目。
X 射线荧光 (XRF) 如何工作？
2025年3月31日
文章
X射线荧光（XRF）是一种无损分析技术，用于各类样品元素的定性和定量分析。样品暴露在X射线下，其原子会发出荧光，再将荧光传回至检测器。通过测量这种荧光来识别存在的元素并确定其浓度。XRF可以快速准确的分析固体、液体以及粉末，因而被广泛用于材料科学、环境分析、考古学和采矿等领域。它的主要优势包括结果快速、最少的样品制备以及能够分析多种材料。了解更多有关XRF及工作原理，请参阅博客文章。
什么是X射线荧光？
X射线荧光或XRF是一种用于分析材料元素组成的无损技术。当样品暴露在X射线下时，X射线会激发样品中的原子。这种激发会使原子释放特征的X射线。每个元素释放的射线是特定的，通过检测和测量可以识别样品的元素以及确定其浓度。
XRF可以简单描述为以下四个步骤：
- 发射：XRF分析仪通过X射线管发射X射线。
- 激发：X射线照射样品，样品发出荧光，将X射线返回至XRF分析仪的检测器。
- 测量：检测器对返回的X射线进行计数。检测器测量每条x射线的能量，形成光谱。这些信息揭示了哪些元素存在以及每种元素的含量。
- 结果：谱图经软件处理后显示为样品的元素组成。可在短短两秒内确定样品的组成。
XRF分析仪主要包括哪些部分？
XRF 主要包括以下核心部分
X射线光源
X 射线管（图 1）将电能转换成 X 射线，类似于灯泡将电能转换成光。只有当电流流过X射线管时，才会产生X射线。电子管中的灯丝可以由多种材料制成，如铑、钨、金或银。没有单一灯丝材料优于其他材料；灯丝选择取决于X射线管的具体应用。
X射线检测器
X 射线检测器（图 1）捕捉并测量样品重新发射的 X 射线。它的功能类似于智能手机中的数码相机，将X射线转换成电信号。XRF 分析非常常用的检测器是比例计数器（prop counter）、硅 PIN（Si-PIN）探测器和硅漂移检测器（SDD）。其中，SDD 具有非常适宜的性能和灵敏度。
图1.
XRF 过程分析仪模块的简化截面图，显示如何分析液体样品
XRF 过程分析仪模块的简化截面图，显示如何分析液体样品
内部处理器管理 X 射线管、X射线检测器、高级校准、触摸屏、无线功能和所有其他组件。它控制X射线管的运行，并将检测器的计数转换为显示的化学成分。
测量池
在线 XRF 过程分析仪可使用测量池，分析仪经过编程，可按预定时间间隔自动从过程生产线中提取样品。然后，提取的样品被转移到测量池（图 1）中，暴露在 X 射线源产生的 X 射线下。样品中的原子会吸收这些 X 射线，并以特定的能量重新发射出来，这些能量是所含元素的特征。分析完成后（通常在几秒钟内），样品可以返回到流通池中，或者被丢弃。为确保更准确的分析，样品还可能需要经过过滤等预处理步骤，以去除颗粒物质。这些预处理步骤都是自动化的，以优化分析过程。
XRF有哪些优势？
X 射线荧光分析为现场和实验室专业人员提供了许多优势。XRF 的优点包括：
- 1、 无损检测：XRF 是一种非破坏性技术，既不会改变也不会损坏样品，因此可以在不改变化学成分的情况下进行分析。这样，从分析开始到分析结束，样品都能保持其原始状态。
- 2、 结果快速：XRF可快速给出分析结果，通常只需要几秒钟到几分钟。因此非常适合在各种应用中进行实时分析和快速决策。与传统的湿化学技术相比，它大大缩短了分析时间。
- 3、 多元素分析：XRF可以从单一样品测量中定性和定量多种元素，从而实现高效、全面的元素分析。
- 4、 多功能性： XRF 可以分析各种样品，包括固体、液体和粉末。它的多功能性使其适用于采矿、金属生产、电子、环境检测、石化、能源生产等多个行业。
XRF 的应用
根本上来说，XRF是一种元素分析技术。这意味着XRF在成分分析方面的应用几乎是没有限制的。由于XRF是一种元素分析技术，而万物都是由原子构成，因此近乎所有的材料都可以用XRF分析。
由于 XRF 是一种无损技术，因此即使是贵重或易碎的样品也可以进行评估，而不会产生任何有害影响。手持式 XRF 分析仪携带方便、易于使用，对于需要进行快速、准确和微创分析的现场或原位调查尤为重要。
常规XRF的应用包括：
从矿山到金属厂，从工厂到游乐场，从钱币到消费品，XRF 在无损材料分析中发挥着重要作用。
过程分析中的XRF
一般来说，过程分析是一种研究如何完成一项任务的方法。其最终目的是确保工作达到目标，同时找到提高当前流程的质量、效率和安全性的方法。XRF 技术是帮助实现这些目标的重要工具。该技术不局限于任何特定行业，可用于固体或液体样品。采矿、锻造、水泥生产、石油和天然气（石化）、电池（能源）、制造和回收等工业应用都能从 XRF 的应用中受益。
优化Zn-Ni电镀液
在线 XRF 过程分析仪的设计是用于对各种行业的液体样品进行连续监测，在这些行业中，元素分析是必不可少的。在线 XRF 过程分析仪的一个优势领域是锌镍电镀行业。
在金属电镀行业，在线 XRF 过程分析仪改变了电镀过程的监测和控制方式。
过去，每隔六小时就要进行一次手工滴定，以分析锌镍电镀液中的锌和镍含量。这种方法提供的数据点有限（图 5），难以确定趋势或停机时间。因此，这种方法会导致性能不理想、浪费增加和产品质量不稳定。
图5.
每隔六小时进行一次人工滴定，以分析锌镍电镀液中的锌和镍含量。这种方法提供的数据点有限。
相比之下，在线 XRF 过程分析仪可提供锌镍电镀液中金属离子浓度的实时、高分辨率数据（图 6）。这些仪器可实现精确的工艺控制，提高产品质量，减少化学品消耗，并将对环境的影响降至最低。
图6.
使用在线 XRF 过程分析仪获得Zn-Ni电镀液中Zn和Ni含量的实时、高分辨率数据。与手动滴定方法相比（图 5），这种方法能提供更多的数据点。
图7
瑞士万通过程分析的2060XRF可对液体样品进行在线元素分析，以优化过程控制。该分析仪使用铑和钨源以及硅漂移检测器（SDD）。
作为一种实时、自动化的解决方案，XRF 为过程分析带来了许多优势，包括
- 1、 质量提升：自动 XRF 为工艺控制和优化提供实时元素监测。它可以持续验证所需的结果，并在工艺变化超出规格限制时迅速通知操作人员。
- 2、 效率提升：在线元素分析消除了人工测试和可能出现的人为错误，从而大大提高了效率。灵活的数据管理还能实现在线和离线测试，可用于连接不畅的偏远地区。
- 3、 安全：质量验证对于关键部件来说至关重要，可防止过早出现故障或事故，而自动 XRF 可确保产品 100% 经过测试和验证。对于要求符合 RoHS 的其他应用，XRF 使用户能够证明产品不含任何有害物质。
结论
XRF 的多功能性和现场分析能力使其成为各行各业的重要工具。无论是用于精炼、电镀、水泥生产、电子制造、采矿还是考古，便携式 XRF 技术都能为元素分析提供强大而实用的解决方案。在全自动过程分析领域，XRF 技术可使制造商显著改善运营，从而增加价值。通过实时了解关键工艺参数，制造商可以优化资源利用、提高产品质量、减少停机时间，并根据数据做出决策，从而提高效率和环保性能。
知识拓展
宣传页：高效镀液质量控制——采用XRF在线分析锌镍含量，优化工艺管控
宣传页：提升锂电生产效率——XRF在线检测正极活性物质(CAM)中的金属成分
网络研讨会：XRF在线分析白铜镀液中的铜、锡、锌技术
作者
