X射线荧光光谱法分析地质样品的应用探析

【摘 要】大自然神奇莫测，特别是微观元素，上个世纪很多科学家就进行了深刻的思索和研究，但方法比较落后，技术跟不上，对微观世界的了解有些片面和客观，本文通过介绍目前较为先进的X射线荧光光谱分析法，介绍了它的特点和原理以及跟其他方法的比较。让我们对世界上的微观元素特别是地质样品有了更加准确认识和了解。我们也探索了该方法的应用范围及其前景的优越性。

【关键词】X射线荧光光谱法；地质样品；应用

X射线荧光光谱仪是一种现代的分析仪器，其已被广泛应用在环境生态系统的研究和地学研究中，其操作简便、成本低廉、分析速度快并且分析结果精密准确、多元素可以同时测定等优点，这些都符合地质勘测研究的要求，而使用X射线荧光光谱仪对地质样品的勘测和检验采用X射线荧光光谱分析法是一种较为先进的现代检测方法。

1 什么是X射线荧光光谱法

1.1 内涵

X射线荧光光谱分析法，简称XRF技术，这种技术是利用X射线来照射待测物质中的原子，让其产生次级X射线，然后对其中的物质成分和化学物态进行分析研究的方法。这种方法起源于20世纪50年代中期，历经60多年的发展，尤其是现代信息技术及相关软件的发展，已经让XRF技术在各个领域得到了飞速发展，因为X射线荧光光谱分析法不会破坏测试样品的完整性及准确的测试结果，让其在地质样品检测分析中得到广泛的应用。波的长度跟元素是一一对应的关系。目前我们常用的有三种仪器，一是波长色散型X射线荧光光谱仪，他可以通过检测器的转动角度来确定元素的种类。二是能量色散型X射线荧光光谱仪，他可以通过通道的能量来判别元素的种类和成分。三是XRF光谱仪，它是对扫描的图谱进行峰值确定和峰位强度的计算来确定元素的种类。

1.2 基本原理

X射线荧光光谱分析法利用X射线照射待检测的样品，通过激发样品中元素原子的内层电子逐出原子引发电子跃迁并释放出该样品元素的特征X射线――即荧光。当高能X射线与元素原子发生碰撞时，被逐出的原子离开形成空穴，而高能级的电子层中的电子就会跑到空穴这里填补空位，这一过程中释放的能量以辐射能的形式释放出去，这就形成了X射线荧光，高能级电子层与低能级电子层之间的能量差就形成了X射线荧光所具有的能量，这种能量是特有的，而且与元素之间是一一对应的关系。

1.3 分析方法

X射线荧光光谱分析法具有两种分析方法：一是定性分析的方法；二是定量分析的方法。

（1）定性分析方法

X射线荧光光谱分析定性分析方法的基础是利用测量按能量不同分开的混合的X射线的不同能量来区分元素的种类，X射线的能量与元素的种类之间是一一对应的关系。随着科技的发展，现代的X射线荧光光谱仪可以通过对扫描的图谱自动确定峰位、自动与特征谱线数据库进行比对并进行计算来确定待测元素的种类。

（2）定量分析方法

X射线荧光光谱分析定量分析方法的基础是利用测量样品中元素的X射线的强度并对其进行适当的修正，来定量分析元素；其理论基础是荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的数量关系，通过测量X射线的强度就可以知道某种元素的含量。

理论上，荧光X射线强度与相应的元素含量之间是正相关的线性关系，但在实际的测算过程中，这种关系在多种因素的干扰下很难实现线性关系，因而在实际测算过程中，要将理论影响系数和经验系数相结合，这样才能得出准确的结果。

2 在地质样品分析测试中X射线荧光光谱法的必要性

当前我们进入21世纪，我们的生活水平和科学技术的不断提高，我们的矿产资源却越来越匮乏，能源越来越短缺，生态坏境越来越糟糕，人类的生存面临着严峻的挑战。因此我们需要不断寻找新的能源和元素。X射线荧光普法就像我们勘测的眼睛，是元素和地质勘测者的最基础和最核心的工作。他可以让我们认识越来越多的元素，随着科技的进步和该方法的改进，测定的下限不断降低，精度也越来越高，他可以带我们走进微观的世界，跟之前其他方法比较，X射线荧光光谱法抗干扰性强，分析的面广比较适合野外工作者进行工作。仪器的最重要的特点是小型化、自动化、智能化和专用化。这四化一体更加推广了该方法的应用范围。他可以称得上微观工作者的眼睛。对我们人类起到了突出的贡献，推动了人类社会的发展，让我们的生活更加丰富多彩，也让我们对我们的地球有了更深刻的了解。

X射线荧光光谱法，是目前比较先进的地质探测方法，该方法的应用范围比较广泛，可以通过上面介绍的定性分析和定量分析的方法来进行分析。我们可以通过该方法来微观检测分析每一种元素，方法简单适用性强，其原理是因为每一种不同元素的X射线波长不同，利用该种方法来分析地质勘测中的不同元素种类及数量。

3 在地质样品分析测试中使用X射线荧光光谱法的优势

（1）X射线荧光光谱仪操作简便，运行费用便宜，成本低廉，便于野外勘测使用。相对于ICP-MS质谱仪这种需要专业知识的仪器，XRF光谱仪不需要专业知识就可以使用，而且操作简单，易于掌握；并且低廉的运行费用和成本，便于在野外勘测时携带及运送使用，而且这种技术省时省力，节约成本，对于地质工作者来说有很大吸引力。

（2）使用XRF光谱仪，一是对样品的预处理过程简单，并且在对样品的测试中不会破坏样品的完整性；二是分析速度很快，检测限可以达到10-6到100%，经预富集处理可以达到10-8；三是，由于样品在测试中基本上不会受到外界的干扰，因而分析精度高，在野外的地质勘测中这些都是其他设备无可比拟的优点，因而这种方法能在野外勘测中得到广大地质勘测工作者的广泛欢迎。

4 X射线荧光光谱法目前存在的问题及未来发展方向

4.1 目前存在的问题

（1）X射线荧光光谱法的使用依赖于X射线荧光光谱仪，而目前在我国仪器的主要部件都是依赖从国外进口，价钱非常昂贵，只有少部分实验室才能够有经济实力引进，一定程度上阻碍了X射线荧光光谱法的大规模应用；

（2）我国还没有完全掌握自主研发的相关技术，缺乏独立研发的能力和技术，没有过硬的技术就会受制于人，国内相关企业对光谱仪的研发精确度虽然能达到国际水准，但是缺乏自主创新的完整的科技知识体系；

（3）国内没有对X射线荧光光谱分析法在测定过程中存在的基体效应对结果的影响的相关标准的完整的政策规定，其利用该方法建立的数据库的实用性不足；

（4）考虑到地质学以野外勘察为主的特点，要求X射线荧光光谱仪一方面要高度小型化便于携带；另一方面要高度自动化、专用化和智能化，便于工作者勘察；而目前这方面工作还没有完全做到位。

4.2 未来发展方向

针对以上存在的问题，X射线荧光光谱分析法在未来的发展方向主要有以下几点：（1）政府要积极培养一批具有独立研发能力并能创新开发出新技术的企业，掌握研发的核心技术，并不断推广；在提高光谱仪精确度的同时，还要注意研发仪器的主要部件，不再依赖进口；

（2）建立健全相关的法律法规，制定出统一又实用的相关标准和数据库；

（3）未来，X射线荧光光谱法将作为地质样品分析的常规测试技术，并能广泛应用；同时其与其他测试技术方法的应用也是一个发展趋势，最为重要的是地质样品的引入及样品引入的相关技术。

5 总结

X射线荧光光谱法是目前比较先进的方法来分析地质样品，他的仪器具有以下特点：操作简便，运行费用低，成本低廉，适合野外勘测和分析。相对于其他仪器来说X射线荧光光谱仪不需要很专业知识就可以使用，而且操作简单，易于掌握；他可以带我们更加精确的来认识丰富多彩的微观世界，让我们了解更多的微观元素，对不同的地质样品进行准确的分析和了解。

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