X射線發射譜儀是一種用于分析物質元素組成和化學狀態的關鍵科學儀器，其核心原理是通過探測物質受激發后發射的特征X射線，實現元素的定性、定量分析。

一、工作原理

當高能粒子（如電子束、X射線或γ射線）轟擊物質時，原子內層電子被擊出，形成空穴。外層電子躍遷填補空穴時，會釋放特定能量的X射線光子，其能量僅與元素原子序數相關。通過測量這些特征X射線的能量和強度，可確定樣品中元素的種類及含量。

二、儀器組成

激發源

電子槍：發射高能電子束，轟擊樣品表面（如掃描電鏡中的電子槍）。

X射線管：產生一次X射線，激發樣品（如X射線熒光光譜儀中的激發源）。

同步輻射光源：提供高亮度、高分辨率的X射線，適用于前沿科學研究。

探測系統

半導體探測器：如Si(Li)探測器、Si-PIN探測器，將X射線能量轉化為電信號，實現高分辨率能譜分析。

閃爍體探測器：通過熒光物質將X射線轉換為可見光，再經光電倍增管放大信號。

能量色散型（EDS）：同時測量所有能量范圍的X射線，快速獲取多元素信息。

波長色散型（WDS）：通過晶體分光選擇特定波長，精度更高但速度較慢。

數據處理系統

多道分析器（MCA）：將電信號按能量分類，生成能譜圖。

軟件算法：對能譜進行峰識別、背景扣除、定量計算（如ZAF校正，考慮原子序數、吸收和熒光效應）。

三、技術特點

高靈敏度與分辨率

現代半導體探測器（如Si-PIN）可實現低功耗、高分辨檢測。

多元素同時分析

能譜儀可一次性檢測從硼（B）到鈾（U）的所有元素，適用于復雜樣品分析。

非破壞性分析

無需化學處理樣品，適用于文物鑒定、環境監測等場景。

微區分析能力

結合電子顯微鏡，可實現微米級區域的元素分布成像（如線掃描、面掃描）。

四、應用領域

材料科學

分析金屬、陶瓷、高分子材料的元素組成與分布，指導新材料研發。

地質與礦產勘探

快速測定礦石中金屬元素含量，輔助資源評估與開采。

環境監測

檢測大氣顆粒物、土壤中的重金屬污染（如鉛、汞、砷）。

工業無損檢測

用于金屬焊接、電子元器件的質量控制，檢測內部缺陷或成分偏差。

天文與空間探測

探測行星表面元素分布，研究行星演化。

生物醫學

分析生物樣品中的微量元素（如鈣、鐵、鋅），輔助疾病診斷。