處于激發(fā)態(tài)的原子，要通過電子躍遷向較低的能態(tài)轉(zhuǎn)化，同時(shí)輻射出被照物質(zhì)的特征X射線，這種由入射X射線激發(fā)出的特征X射線，稱為二次特征X射線（熒光X射線）此種輻射又稱為熒光輻射。

中文名

熒光輻射

外文名

Fluorescence radiation

屬性

特征X射線

學(xué)科

電磁學(xué)

應(yīng)用領(lǐng)域

天文學(xué)

定義

處于激發(fā)態(tài)的原子，要通過電子躍遷向較低的能態(tài)轉(zhuǎn)化

產(chǎn)生原理

當(dāng)紫外光或波長(zhǎng)較短的可見光照射到某些物質(zhì)時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)發(fā)射出各種顏色和不同強(qiáng)度的可見光，而當(dāng)光源停止照射時(shí)，這種光線隨之消失。這種在激發(fā)光誘導(dǎo)下產(chǎn)生的光稱為熒光，能發(fā)出熒光的物質(zhì)稱為熒光物質(zhì)。

分子的吸收光譜和產(chǎn)生熒光的機(jī)制：當(dāng)物質(zhì)分子吸收某些特征頻率的光子以后，可由基態(tài)躍遷至第一或第二電子激發(fā)態(tài)中各個(gè)不同振動(dòng)能級(jí)和各個(gè)不同轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)。處于激發(fā)態(tài)的分子通過無輻射弛豫（例如，與其它分子碰撞過程中消耗能量，或者，對(duì)分子組織而言，誘發(fā)光化反應(yīng)而消耗能量等）降落至第一電子激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)，然后再由這個(gè)最低振動(dòng)能級(jí)以輻射弛豫的形式躍遷到基態(tài)中各個(gè)不同的振動(dòng)能級(jí)，發(fā)出分子熒光，然后再無輻射弛豫至基態(tài)中最低振動(dòng)能級(jí)。

幾乎所有物質(zhì)分子都有吸收光譜，但不是所有物質(zhì)都會(huì)發(fā)熒光。產(chǎn)生熒光必須具備以下條件：①該物質(zhì)分子必須具有與所照射的光線相同的頻率，這與分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。②吸收了與本身特征頻率相同的能量之后的物質(zhì)分子，必須具有高的熒光效率。許多吸光物質(zhì)并不產(chǎn)生熒光，主要是因?yàn)樗鼈儗⑺漳芰肯挠谂c溶劑分子或其它分子之間的相互碰撞中，還可能消耗于一次光化學(xué)反應(yīng)中，因而無法發(fā)射熒光，即熒光效率很低。

輻射測(cè)量

測(cè)量X射線熒光的原理是，元素發(fā)射特征輻射隨其原子序數(shù)和例如X射線的作用而變化。發(fā)射的該輻射比激發(fā)的輻射軟。成分由估算輻射的能量分布來確定，因?yàn)槟芰亢徒M成元素的原子序數(shù)之間的關(guān)系是線性的。根據(jù)特征輻射強(qiáng)度，可以測(cè)定每種存在元素的總量。

放射性同位素X射線熒光指的是一種方法，在該法中特征輻射是用上述放射性同位素發(fā)射的輻射產(chǎn)生的，而不是通過X射線激發(fā)產(chǎn)生的。與用x射線裝置的方法相比，放射性同位素激發(fā)的優(yōu)點(diǎn)在于儀器尺寸較小，價(jià)格較低，可以做成便攜式。缺點(diǎn)是不是所有元素都能用放射性同位素激發(fā)來測(cè)定，用此方法所發(fā)射的輻射其能量較X射線管法要低，因而導(dǎo)致較低的測(cè)量精度。作能量鑒別時(shí)，也可使用具有給定成分和厚度的吸收過濾器對(duì)。用兩個(gè)過濾器測(cè)得的強(qiáng)度之差可以視為與給定能量對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)度。能量與具有相鄰原子序數(shù)

和

的元素組成的過濾器對(duì)的質(zhì)量吸收系數(shù)的關(guān)系示于下圖。過濾器對(duì)的吸收能力在能帶

以外幾乎相同；被測(cè)元素的特征輻射的強(qiáng)度處在能帶

之內(nèi)，可以用提到的差分測(cè)量來測(cè)定。

過濾器對(duì)的質(zhì)量吸收系數(shù)與能量關(guān)系

在下圖（a）所示測(cè)量裝置中，兩次必要的測(cè)量是更換了過濾器之后用閃爍探測(cè)器連續(xù)進(jìn)行的。系列生產(chǎn)的某一攜帶式放射性同位素X射線熒光分析儀，采用輻射源可以測(cè)定Co，Cr，Cu，F(xiàn)e，Mn，Ni，Pb或Zn的含量。下圖（b）示出測(cè)量鐵濃度的裝置的校準(zhǔn)曲線。鐵的測(cè)量要用Cr和Mn制成的過濾器對(duì)。

采用差分過濾的X射線熒光分析器的測(cè)量頭

X射線分析

X射線定性分析

根據(jù)莫斯萊定律，分析元素產(chǎn)生的X射線熒光的波長(zhǎng)與其原子序數(shù)具有確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這就是X射線熒光定性分析的基礎(chǔ)。對(duì)于波長(zhǎng)色散譜，根據(jù)選用的分光晶體（d已知）和測(cè)得的

角。用布拉格方程計(jì)算出波長(zhǎng)λ，然后查表（

表或

表)，可查出相應(yīng)元素。如用

作分光晶體時(shí)，在

為

處出現(xiàn)一強(qiáng)峰，從表上查出此譜線為元素銥的

線，由此可初步判斷試樣中有元素銥。在能量色散譜中，可從能譜圖上直接讀出峰的能量，再查閱能量表即可。

自20世紀(jì)70年代末開始，已開發(fā)出定性分析的計(jì)算機(jī)軟件和專家系統(tǒng)。可自動(dòng)對(duì)掃描譜圖進(jìn)行搜索和匹配，以確定是何種元素的哪條譜線，大大提高了分析的效率。

X射線定量分析

X射線熒光定量分析的依據(jù)是X射線熒光的強(qiáng)度與含量成正比。定量分析方法主要有標(biāo)準(zhǔn)曲線法、內(nèi)標(biāo)法、標(biāo)準(zhǔn)加入法等。

熒光物質(zhì)鑒別

由熒光的發(fā)光原理可知，分子熒光光譜與激發(fā)光源的波長(zhǎng)無關(guān)，只與熒光物質(zhì)本身的能級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以，可以根據(jù)熒光譜線對(duì)熒光物質(zhì)進(jìn)行定性分析鑒別。

照射光越強(qiáng)，被激發(fā)到激發(fā)態(tài)的分子數(shù)越多，因而產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度越強(qiáng)，測(cè)量時(shí)靈敏度越高。一般由激光誘導(dǎo)熒光測(cè)量物質(zhì)的特性比由一般光源誘導(dǎo)熒光所測(cè)的靈敏度提高2-10倍。