您是否曾好奇日常物品内部隐藏着什么？这正是元素分析的用武之地：一种标准化的材料分析方法。它使用X射线荧光（XRF）等强大的技术来揭示任何类型材料的化学成分。XRF深受工程、法医学甚至考古学等领域研究人员和专家的青睐，它有助于揭开古代文物中隐藏的秘密。
传统 X 射线荧光仪器与现代手持式分析仪有何不同？
想象一下，有一种工具能让你看到不可见之物，揭示从风化硬币到尖端计算机芯片等各种物体的构成要素。这就是X射线荧光的威力，它是一种非破坏性技术，能够揭示材料内部元素的隐秘世界。
由硅（锂）和HPGe制成的高灵敏度低温探测系统不适用于便携式仪器。室温探测器技术的进步，例如CdTe PIN探测器和珀尔帖冷却硅PIN二极管，使得光谱仪的性能与低温探测器相当。这些光谱仪目前已用于便携式XRF分析系统，显著降低了仪器的尺寸和重量。结果表明，便携式现场XRF是一种适用于无损现场分析的工具。
现代便携式 XRF 仪器有哪些
发表《农学进展》的研究团队强调，尽管XRF仪器早已为各个行业进行元素分析，但便携式X射线荧光（PXRF）仪器的推出增加了该技术的成本，并使其在更广泛的科学应用中更加普及。
PXRF 分析仪是筛查和评估污染区域的宝贵工具，能够快速、直接地测定原位微量元素浓度。
尽管 PXRF 光谱法是大型实验室 XRF 仪器的小型便携式版本，但其工作原理与 PXRF 类似。PXRF 系统使用的探测器种类繁多，充气探测器和闪烁探测器在 XRF 应用中传统上较为常见。然而，便携式 XRF 系统通常使用固态探测器（例如 PIN 二极管和 SDD），通过探测器产生的电离作用来测量入射光子的能量。
便携式 XRF 仪器这些年来有何发展？
1965年，鲍伊、达恩利和罗德斯发明了第一台野外便携式X射线荧光（FPXRF）仪器，该仪器采用电池供电配置，利用各种放射性同位素和平衡晶体进行XRF分析。1968年，两台FPXRF仪器问世——希尔格PIF和Ekco Electronics Ltd的另一台——每台仪器都可测定一种元素。
20世纪90年代中后期，技术创新推动了PXRF系统的进步，使其更加手持、更小巧、更轻便、更紧凑、更便于现场携带。这一进步依赖于X射线管、电子设备和计算机控制系统等关键部件的小型化。
在过去的20到25年间，众多PXRF设备制造商接连推出了几代新设备，融入了最新的技术进步。虽然每台仪器都拥有专有的软件和硬件配置，但它们的工作原理基本相同。
便携式 XRF 仪器不易检测轻元素
荧光X射线的能量与元素的原子序数直接相关。轻元素由于能量低，难以逃离样品并穿透空气到达探测器。即使部分荧光X射线到达探测器，也必须在背景噪声中形成可识别的峰值才能准确估算浓度，这对轻元素构成了挑战。
在便携式XRF中，测量轻元素比较困难，因为它们的荧光难以到达仪器，使得浓度估算变得困难。因此，最轻元素的检测限较高（通常为0.5-1%），因为它们需要更高的浓度才能产生可识别的信号。
便携式XRF技术的最新进展，尤其是硅漂移探测器（SDD）的改进，使得能够施加更多能量来增强信号。SDD使仪器能够接收和测量更多能量，从而提高检测限，并扩大可测量较轻元素（例如Mg）的范围。
局限性和挑战
便携式XRF仪器存在一些重大局限性，其中基体效应尤为明显。在基体效应中，样品的物理和化学性质会显著影响发射的荧光。
这种效应可能会引入误差，尤其是对于轻元素、微量元素，或受矿物学、晶粒尺寸、水分或涂层等因素影响的元素。校正基质效应需要使用校准方法，例如基本参数、经验系数或标准参考物质。然而，这些方法并非总是普遍适用、准确，或适用于各种样品类型或分析仪。
便携式XRF分析仪的缺点是缺乏质量控制程序。这是因为这些分析仪的性能会受到物理和化学现象的影响。因此，必须定期进行校准测试以确定设备的精度。然而，由于时间限制或疏忽，标准化的校准测试往往无法按计划进行。
使用便携式XRF分析仪的另一个挑战在于数据管理和解读。这些分析仪可以快速生成大量数据，这给存储、组织和分析带来了挑战。为了确保与其他数据源或方法的可比性或兼容性，可能需要进行进一步的处理，包括校正、标准化或转换。因此，使用便携式XRF分析仪需要具备熟练的数据管理和解读技能，以及与不同学科和利益相关者进行整合和协作。
简而言之，随着时间的推移和技术的不断进步，XRF 仪器已经成为手持式仪器。
