中国粉体网讯 元素分析在化学，材料学，环境检测以及食品检测等领域有着广泛的应用。
元素分析的方法有很多，其中X射线荧光光谱法（XRF）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP），是目前应用范围较广、技术较成熟的光谱分析手段，在元素分析中扮演着非常重要的角色。
1、X射线荧光光谱法（XRF）
1.1 X射线荧光光谱原理
当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态，这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。
▲X射线荧光光谱原理
X射线荧光光谱（XＲF）的理论基础是近代原子物理中的Moseley定律:
式中: λ为波长；ν为频率；Z为原子序数；k1、k2是依不同谱线而定的常数。公式表明元素特征X射线的频率与原子序数的二次幂成线性关系，且特征X射线的强度与元素的含量正相关。X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。只要测出一系列X射线荧光谱线的波长，即能确定元素的种类；测得谱线强度并与标准样品比较，即可确定该元素的含量。
1.2 X射线荧光光谱仪原理
XRF分析的原理是用X射线作为激发源，照射待测样品，使激发元素产生二次特征X射线（即荧光），使用X射线荧光仪测量并记录样品中待测元素的特征X射线的频率、能量以及强度来定性或定量测定样品中成分。根据分光方式的不同，分为波长色散型X射线荧光光谱仪（WDXRF）和能量色散型X射线荧光光谱仪（EDXRF）两大类。
波长色散型X射线荧光光谱仪（WDXRF）一般由光源、分光系统（分光晶体、测角仪、准直器）、检测系统（检测器、数据记录处理系统）组成。由光源激发出试样中各元素的特征X射线后，经过准直器投射到安装在测角仪上的分光晶体上，分光晶体由测角仪驱动按照2θ将各特征线进行衍射，再逐一进入探测器中，最后由数据记录处理系统根据波长和强度分析元素的种类和含量。
▲X射线荧光光谱仪原理图
与WDXRF相比，EDXRF省却了分光和测角系统，因此体积骤降且对X射线管的功率需求大大降低。借助高分辨率敏感半导体检测器与多道分析器将未色散的X射线荧光按光子能量分离X射线光谱线，根据元素能量的高低来测定元素的含量。
1.3 X射线荧光光谱法特点
2、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）
2.1 电感耦合等离子体发射光谱仪原理
高频振荡器发生的高频电流，经过耦合系统连接在位于等离子体发生管上端，铜制内部用水冷却的管状线圈上。石英制成的等离子体发生管内有三个同轴氢气流经通道。冷却气(Ar)通过外部及中间的通道，环绕等离子体起稳定等离子体炬及冷却石英管壁，防止管壁受热熔化的作用。
工作气体(Ar)则由中部的石英管道引入，开始工作时启动高压放电装置让工作气体发生电离，被电离的气体经过环绕石英管顶部的高频感应线圈时，线圈产生的巨大热能和交变磁场，使电离气体的电子、离子和处于基态的氖原子发生反复猛烈的碰撞，各种粒子的高速运动，导致气体完全电离形成一个类似线圈状的等离子体炬区面，此处温度高达6000一10000摄氏度。
样品经处理制成溶液后，由超雾化装置变成全溶胶由底部导入管内，经轴心的石英管从喷嘴喷入等离子体炬内。样品气溶胶进入等离子体焰时，绝大部分立即分解成激发态的原子、离子状态。当这些激发态的粒子回收到稳定的基态时要放出一定的能量（表现为一定波长的光谱），测定每种元素特有的谱线和强度，与标准溶液相比，就可以知道样品中所含元素的种类和含量。
▲电感耦合等离子体发射光谱仪结构简图
ICP法主要采用液体进样，也就是说对溶液进行分析。对于金属材料固体样品来说，其首要任务是将其溶解成溶液；如果样品溶解不完全，可导致检测结果偏低，因此前处理是很重要的。其次干扰问题也是要注意的，由于ICP法相对于传统的原子光谱分析来说，光源的激发性能有所提高，但是依然存在光谱自吸现象；另外还存在光源的电子密度分布不均匀引起的温度空间分布不同，气溶胶在ICP 中心通道的滞留时间不同将会导致元素谱线的强度会随着载气压力的不同而改变。对于基体元素的干扰，大部分可以采用匹配法绘制校准曲线来消除基体效应的影响；对于基体匹配法不能解决的样品，可以采用基体元素及共存元素与被测元素分离的办法来解决，另外也可以采用内标法或多元光谱拟合（MSF）校正法解决。
2.2 电感耦合等离子体发射光谱法特点
粉体网携手德国斯派克分析仪器公司，将于8月31日在粉体公开课直播平台组织线上技术交流会，届时将介绍XRF和ICP在粉体元素检测中的组合应用，以提高检测效率和准确度，欢迎对这两种技术感兴趣的用户报名参加。
专家简介：
焦慎地，德国斯派克分析仪器公司产品经理，具有多年的ICP、XRF光谱仪分析应用经验。
资料来源：
百度文库
王世芳等.X射线荧光光谱分析法在土壤重金属检测中的应用研究进展
胡波等.X射线荧光光谱仪的发展及应用
周西林等.电感耦合等离子体原子发射光谱法在金属材料分析应用技术方面的进展
崔天龙.电感耦合等离子体发射光谱法在化学分析中的应用
（中国粉体网编辑整理/长安）
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