X射線熒光（XRF）：理解特征X射線
什么是XRF？
X射線熒光定義：由高能X射線或伽馬射線轟擊激發材料所發出次級（或熒光）X射線。這種現象廣泛應用于元素分析。
XRF如何工作？
當高能光子（X射線或伽馬射線）被原子吸收，內層電子被激發出來，變成“光電子”，形成空穴，原子處于激發態。外層電子向內層躍遷，發射出能量等于兩級能量差的光子。由于每個元素都有一組獨特的能級，所以每個元素都會發出一組元素特有的X射線，稱為“特征X射線”。X射線強度隨相應元素的濃度增加而增加。
理解特征X射線
當元素的電子在原子能級之間發生躍遷時，就會發出特征X射線。如果一個電子從能量Ei能級躍遷到Ej能級，發出的X射線能量Ex=Ei-Ej。因為每個元素都有一組獨特的原子能級，所以發射出的X射線就是這個元素的特征X射線。
上圖是一個原子的草圖，顯示了不同的原子層級，分別是K，L，M，N……這些特征X射線就是在層級之間躍遷產生的。圖中顯示這些線的命名方式：當從外層躍遷到K層，則是K線特征X射線，以此類推。
上圖顯示Pb的特征X射線。K層電子結合能是88.04keV。Kβ線相當于從M躍遷，能量85和87keV。Kα從L線躍遷，能量72和75keV，L線是躍遷到L層，能量10到15keV。M線是躍遷到M層，能量大概是2.5keV。
上圖是類似的譜圖，使用Ag測量譜圖。Ag的原子序數較低，K層能量只有25.5keV。使用低得多得能量激發。下圖顯示相同數據，但范圍擴大了。注意Pb的Kα1和Kα2很明顯，但Ag不同。這些峰主要原子亞殼層分裂，即自旋軌道耦合，這對較重的原子更為重要。
XRF定量分析
特征X射線的強度與樣品中元素的濃度有關，但這種關系并不簡單。單個激發線的測量強度，比如說Cu的Kα峰，取決于能量譜圖，入射X射線強度，X射線探測器效率，以及激發源和樣品之間的幾何結構。同樣也取決于樣品中其他元素分布。黃銅中一些Zn的Kα X射線會與Cu原子相互作用，增強Cu線，降低Zn線。這就是基體效應。
定量分析軟件，比如AMPTEK的XRS-FP2軟件可以解決這些效應。分析頻譜主要有三個主要步驟。第一，必須確定每個峰的強度，也就是總計數，也稱每個峰的凈面積。這需要扣除背景，校正逃逸峰和其他損失的峰，分離重疊峰。第二，必須校正探測器及其窗口的靈敏度、幾何效應和激發光譜。第三，必須校正基體效應。
簡單的分析可能不需要完整的分析軟件。比如只需關心黃銅中Pb的含量，而黃銅中Cu和Zn的含量幾乎是固定的，Pb的濃度沒有太多的變化，那么可以使用幾個校準樣品，得到Pb峰凈面積強度與濃度之間的經驗關系。但是對于不太理想的測量條件，需要進行更復雜的分析。
