XAFS/XANES X射线发射谱仪

X射线发射谱仪是一种用于分析物质元素组成和化学状态的关键科学仪器，其核心原理是通过探测物质受激发后发射的特征X射线，实现元素的定性、定量分析。

一、工作原理

当高能粒子（如电子束、X射线或γ射线）轰击物质时，原子内层电子被击出，形成空穴。外层电子跃迁填补空穴时，会释放特定能量的X射线光子，其能量仅与元素原子序数相关。通过测量这些特征X射线的能量和强度，可确定样品中元素的种类及含量。

二、仪器组成

激发源

电子枪：发射高能电子束，轰击样品表面（如扫描电镜中的电子枪）。

X射线管：产生一次X射线，激发样品（如X射线荧光光谱仪中的激发源）。

同步辐射光源：提供高亮度、高分辨率的X射线，适用于前沿科学研究。

探测系统

半导体探测器：如Si(Li)探测器、Si-PIN探测器，将X射线能量转化为电信号，实现高分辨率能谱分析。

闪烁体探测器：通过荧光物质将X射线转换为可见光，再经光电倍增管放大信号。

能量色散型（EDS）：同时测量所有能量范围的X射线，快速获取多元素信息。

波长色散型（WDS）：通过晶体分光选择特定波长，精度更高但速度较慢。

数据处理系统

多道分析器（MCA）：将电信号按能量分类，生成能谱图。

软件算法：对能谱进行峰识别、背景扣除、定量计算（如ZAF校正，考虑原子序数、吸收和荧光效应）。

三、技术特点

高灵敏度与分辨率

现代半导体探测器（如Si-PIN）可实现低功耗、高分辨检测。

多元素同时分析

能谱仪可一次性检测从硼（B）到铀（U）的所有元素，适用于复杂样品分析。

非破坏性分析

无需化学处理样品，适用于文物鉴定、环境监测等场景。

微区分析能力

结合电子显微镜，可实现微米级区域的元素分布成像（如线扫描、面扫描）。

四、应用领域

材料科学

分析金属、陶瓷、高分子材料的元素组成与分布，指导新材料研发。

地质与矿产勘探

快速测定矿石中金属元素含量，辅助资源评估与开采。

环境监测

检测大气颗粒物、土壤中的重金属污染（如铅、汞、砷）。

工业无损检测

用于金属焊接、电子元器件的质量控制，检测内部缺陷或成分偏差。

天文与空间探测

探测行星表面元素分布，研究行星演化。

生物医学

分析生物样品中的微量元素（如钙、铁、锌），辅助疾病诊断。