能量色散 X 射线荧光光谱仪：原理、应用与优势

摘要：本文详细阐述了能量色散 X 射线荧光光谱仪的工作原理，即借助分析试样发出的元素特征 X 射线波长和强度，依据不同元素特征 X 射线波长差异测定试样所含元素，并通过对比不同元素谱线强度测定元素含量。以 力汕 EDX – 2A 能量色散 X 射线荧光光谱仪为例，介绍了其产品特点、规格参数以及在 RoHS 测试、元素分析、镀层测厚等方面的应用，同时探讨了该仪器在各领域应用中的优势和特点，展示了能量色散 X 射线荧光光谱仪在现代分析检测中的重要地位和广泛应用前景。

一、引言​
在材料分析、环境监测、食品安全等众多领域，准确测定物质中元素的种类和含量至关重要。能量色散 X 射线荧光光谱仪作为一种先进的分析仪器，凭借其独特的工作原理和出色的性能，成为了元素分析的有力工具。它能够快速、准确、无损地对各类样品进行元素分析，为科研、生产和质量控制等提供了关键的数据支持。本文将深入探讨能量色散 X 射线荧光光谱仪的原理、应用及优势，并结合 力汕EDX – 2A 能量色散 X 射线荧光光谱仪的具体情况进行详细阐述。​

二、能量色散 X 射线荧光光谱仪的工作原理​
2.1 基本原理​
当样品受到高强度 X 射线管发射的 X 射线照射时，样品中元素的原子会吸收一定能量，使原子内的电子从低能级跃迁到高能级，形成激发态原子。激发态原子不稳定，会在极短时间内（约为 10⁻¹² – 10⁻¹⁴s）自发地从高能级跃迁回低能级，这个过程称为弛豫过程。在弛豫过程中，若外层电子跃迁到内层空穴，所释放的能量以辐射形式放出，便产生 X 射线荧光。由于不同元素的原子结构不同，其能级差也不同，因此产生的 X 射线荧光的能量或波长具有特征性，与元素存在一一对应的关系。例如，K 层电子被逐出后，其空穴可被外层中任一电子填充，产生一系列的谱线，由 L 层跃迁到 K 层辐射的 X 射线叫 Kα 射线，由 M 层跃迁到 K 层辐射的 X 射线叫 Kβ 射线等 。莫斯莱（H.G.Moseley）发现，荧光 X 射线的波长 λ 与元素的原子序数 Z 满足莫斯莱定律：λ = K (Z – s)⁻²，其中 K 和 S 是常数。只要测出荧光 X 射线的波长，就可以确定元素的种类，这是荧光 X 射线定性分析的基础。​

同时，荧光 X 射线的强度与相应元素的含量存在一定关系。在包含某种元素的样品中，照射一次 X 射线，该元素的荧光 X 射线强度会随其含量变化而改变，元素含量越多，荧光 X 射线强度越强。通过预先测量已知浓度样品的荧光 X 射线强度，建立强度与浓度的对应关系，就可以推算出未知样品中该元素的含量，这为元素定量分析提供了可能 。

2.2 仪器工作流程​
能量色散 X 射线荧光光谱仪利用固定的能量色散半导体探测器同时测量所有元素的特定信号。当特征 X 射线光子进入硅渗锂探测器（常用的 EDX 探测器）后，会将硅原子电离，产生若干电子 – 空穴对，其数量与光子的能量成正比。利用偏压收集这些电子空穴对，经过一系列转换器将其变成电压脉冲，供给多脉冲高度分析器，并计数能谱中每个能带的脉冲数 。在多通道分析器中对测得的光谱进行处理，确定光谱信号强度，每个元素的信号辐射强度与样品中该元素的浓度成正比。最后，该信号采用经验校准法等方法计算样品中元素的浓度。整个过程可总结为：X 射线激发样品产生荧光 X 射线，探测器接收并转化信号，多通道分析器处理信号并计算元素浓度 。

三、LISUN EDX – 2A 能量色散 X 射线荧光光谱仪介绍​
3.1 产品概述​
力汕 EDX – 2A 能量色散 X 射线荧光光谱仪是一款性能卓越的分析仪器，在市场上已销售 10 多年，积累了良好的口碑。该仪器所属的 EDX – 2 系列具备多种功能，一台机器可同时实现 RoHS 测试仪 (EDXRF)、金属元素分析仪以及涂层测厚仪的功能 。​

3.2 规格参数​
力汕 EDX – 2A 能量色散 X 射线荧光光谱仪的主要规格参数如下表所示：

规格参数	EDX-2A	EDX-2AC	EDX-2AB	EDX-2ABC	EDX-2T
类型	非抽真空台式				真空型台式
重量	50Kg				55Kg
检测时间	200秒				100秒
样品腔尺寸	610*320*100mm (L*W*H)				510*310*120mm（非真空） Ф100*70mm（真空）
测试环境	大气				抽真空
探测器	Si-pin				SDD
分辨率	149电子伏特				129电子伏特
输出管压、电流	50KV/600uA（可自动设定）				50KV/600uA（可自动设定）
测试样品类型	固体、液体、粉末				非真空：固体、液体、粉末 抽真空：固体
含量分析范围	2ppm–99.99%				2ppm–99.99%
测试项目	典型应用1：RoHS	典型应用1：RoHS 典型应用3：镀层测试	典型应用1：RoHS 典型应用2：合金分析	典型应用1：RoHS 典型应用2：合金分析 典型应用3：镀层测试	典型应用1：RoHS 典型应用2：合金分析 典型应用3：镀层测试
合金测试元素范围	不可测试		可针对元素周期表从16-S硫到92-U铀的所有元素进行合金分析（铁、铜、不锈钢、黄金、铂金等）		可抽真空针对元素周期表从11-Na钠到92-U铀的所有元素进行合金分析（镁铝合金、矿石成份、铁、铜、不锈钢、黄金、铂金等）

四、能量色散 X 射线荧光光谱仪的应用领域​
4.1 RoHS 测试​
在电子电器行业，RoHS 指令对产品中铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）、铬（Cr）以及溴（Br）等有害物质的含量进行了严格限制。能量色散 X 射线荧光光谱仪，如 LISUN EDX – 2A 系列中的多款型号（EDX – 2A、EDX – 2AB、EDX – 2AC、EDX – 2ABC、EDX – 2T），可用于电子电器产品、元器件、塑料、塑件的 RoHS 1.0 检测 。通过对样品进行快速、无损的检测，能够准确判断产品中有害物质的含量是否符合 RoHS 指令要求，为企业产品质量控制和市场准入提供重要依据 。例如，在某电子元器件生产企业中，使用 力汕EDX – 2A 能量色散 X 射线荧光光谱仪对原材料和成品进行 RoHS 检测，及时发现并排除了可能存在有害物质超标的产品，有效避免了因产品不符合指令要求而导致的市场召回等风险 。​

4.2 元素分析​
合金分析：在金属加工、机械制造等行业，需要对合金的成分进行精确分析，以确保产品质量和性能。力汕 EDX – 2AB、EDX – 2ABC、EDX – 2T 等型号的能量色散 X 射线荧光光谱仪可针对元素周期表从 16 – S 硫到 92 – U 铀（部分型号可从 11 – Na 钠到 92 – U 铀）的所有元素进行合金分析，如铁、铜、不锈钢、黄金、铂金等 。通过分析合金中各元素的含量，可以判断合金的牌号，评估其质量是否符合标准要求 。例如，在钢铁生产过程中，利用能量色散 X 射线荧光光谱仪对炉前钢水进行实时元素分析，根据分析结果及时调整合金元素的添加量，保证钢材的质量稳定性 。​

贵金属分析：在珠宝首饰行业，准确测定贵金属（如金、银、铂等）的纯度和含量至关重要。能量色散 X 射线荧光光谱仪可以对贵金属饰品进行无损检测，快速给出其中各种元素的含量信息，帮助商家和消费者鉴别贵金属的真伪和纯度 。例如，某珠宝鉴定机构使用能量色散 X 射线荧光光谱仪对一批黄金饰品进行检测，通过分析饰品中黄金以及其他杂质元素的含量，准确判断出饰品的纯度等级，为市场交易提供了公正、准确的鉴定结果 。​

其他元素分析：在石油化工、医药、食品等行业，能量色散 X 射线荧光光谱仪也可用于分析原材料、产品中的各种元素。在石油化工中，可分析油中硫的含量、润滑油中各种添加元素及混入元素的情况；在医药领域，可用于合成时残留催化剂分析、原药中不纯物分析、异物分析等；在食品行业，可对土壤、肥料、植物以及食品的原料进行元素分析，检测添加元素管理和溶入异物等 。例如，在食品生产企业中，利用能量色散 X 射线荧光光谱仪对食品原料中的重金属元素进行检测，确保食品安全，防止因原料中重金属超标而对消费者健康造成危害 。​

4.3 镀层测厚​
在电子、汽车、机械等行业，常常需要对产品表面的镀层厚度进行精确测量，以保证产品的防护性能和外观质量。力汕 EDX – 2AC、EDX – 2ABC、EDX – 2T 等型号的能量色散 X 射线荧光光谱仪具备镀层测厚功能，能够对镀层中的元素进行分析，并通过特定算法计算出镀层的厚度 。例如，在电子设备外壳的电镀工艺中，使用能量色散 X 射线荧光光谱仪实时监测镀层厚度，确保镀层厚度均匀且符合设计要求，提高产品的耐腐蚀性和美观度 。

五、能量色散 X 射线荧光光谱仪的优势​
5.1 快速分析​
能量色散 X 射线荧光光谱仪可以同时测定样品中几乎所有的元素，无需像传统分析方法那样对元素进行逐一检测。例如，在对一个复杂合金样品进行分析时，使用传统化学分析方法可能需要数小时甚至数天才能完成对多种元素的测定，而能量色散 X 射线荧光光谱仪在几分钟内即可完成对样品中多种元素的定性和定量分析，大大缩短了分析时间，提高了工作效率 。​

5.2 无损检测​
该仪器在分析过程中不会对样品造成破坏，这对于一些珍贵样品、文物或者对样品完整性有严格要求的应用场景尤为重要。例如，在考古学中，对古代文物进行元素分析时，使用能量色散 X 射线荧光光谱仪可以在不损伤文物的前提下，获取文物的元素组成信息，为研究文物的制作工艺、产地等提供重要线索 。​

5.3 多元素同时检测​
能够同时检测样品中的多种元素，避免了因多次检测不同元素而可能产生的误差，且可对元素之间的相互关系进行综合分析。在环境监测中，对土壤样品进行检测时，能量色散 X 射线荧光光谱仪可同时检测土壤中的重金属元素（如铅、镉、汞等）以及营养元素（如氮、磷、钾等），为全面评估土壤质量提供丰富的数据 。​

5.4 操作简便​
仪器配备了自动化的控制测试系统和简洁易用的分析软件，操作人员只需经过简单培训即可熟练掌握仪器的操作方法。相比一些传统的分析仪器，如需要复杂操作和专业知识的大型光谱仪，能量色散 X 射线荧光光谱仪降低了对操作人员的专业要求，使得更多实验室和企业能够轻松开展元素分析工作 。​

5.5 适用范围广​
可对固体、液体、粉末等各种类型的样品进行分析，无论是在科研领域对新型材料的研究，还是在工业生产中对原材料和产品的质量控制，亦或是在环境监测、食品安全等领域对不同样品的检测，能量色散 X 射线荧光光谱仪都能发挥重要作用 。​

六、结论​
能量色散 X 射线荧光光谱仪凭借其独特的工作原理，在元素分析领域展现出了强大的功能和优势。以 力汕 EDX – 2A 为代表的能量色散 X 射线荧光光谱仪产品，不仅具备高分辨率、便捷操作、安全可靠等特点，还在 RoHS 测试、元素分析、镀层测厚等多个应用领域发挥着关键作用。随着科技的不断进步，能量色散 X 射线荧光光谱仪的性能将不断提升，其应用范围也将进一步拓展，为材料科学、环境科学、生命科学等众多领域的发展提供更加有力的支持，在现代分析检测中占据越来越重要的地位 。

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