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手持式合金分析仪是一种XRF光谱分析技术，X光管产生的X射线打到被测样品时可以击出原子的内层电子，出现壳层空穴，当外层电子从高轨道跃迁到低能轨道来填充轨道空穴时，就会产生特征X射线。X射线探测器将样品元素的X射线的特征谱线的光信号转换成易于测量的电信号来得到待测元素的特征信息。
手持合金分析仪的工作原理主要基于X射线荧光光谱分析技术。
当X射线管发射的高能X射线撞击到被测样品时，可以击出原子的内层电子，导致壳层空穴。此时，外层电子从高轨道跃迁到低能轨道来填充这些空穴，过程中会释放出特征X射线。X射线探测器将这些特征X射线的光信号转换成电信号，从而得到待测元素的特征信息，进而分析出金属材料的元素成分和含量。
此外，手持合金分析仪通常采用火花激发或激光激发的方式使金属材料产生光谱。激发过程中，金属表面的微小区域被迅速加热并蒸发，产生高温和高密度的等离子体。在这个等离子体中，金属元素的原子或分子被激发并释放出特征光谱。光学系统会将这些特征光谱收集并传输到检测器上，检测器将光谱转换成电信号，再通过放大、滤波等处理过程，提取出与元素成分和含量相关的信息。
每个原子都有自己固定数量的电子，这些电子的数量等同于核子中的质子数量。从元素周期表中的原子数可以得知质子的数目，每个原子数都对应固定的元素名称。例如，铁的原子数为26，其Kα能量大约是6.4千电子伏。特定元素在一定时间内所放射出来的X射线的数量或密度可以用来衡量这种元素的数量。典型的XRF能量分布光谱显示了不同能量时光子密度的分布情况。
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