说起「荧光X射线」，很多人首先会想起在Ｘ光摄影中所熟悉的「X射线」。X射线是1895
年伦琴(W.C.Rontgen.1845-1923) 在进行放电管球的研究时偶然发现的放射线。他在实验中，
发现覆盖放电管球的滤光镜在闪光，进而在放电管球和滤光镜中间放入物体后，注意到在滤
光镜上映出了该物体的影子。
之后，透过自己的手确认了该现象，这件事很有名，可以说他是Ｘ光摄影的个体验
人。
5.1.1 X射线的性质
象这样，X射线有穿透物质的性质。
另外，穿透时，也有因构成物质的元素不同而被吸收的性质。
构成物质的元素原子编号越大、该吸收效果也就越大。该物质就可利用于Ｘ光摄影。
那么、以人体的Ｘ光摄影为例进行说明。
第５章 参考资料
5-3
首先，确定人体的成分为
①骨格(成分元素为钙 Ｃa 原子编号20)
②水分(H2O)、肌肉(成分元素为C、H、O等有机物轻元素)。
由于水分以及肌肉部分的原子序号小，X射线几乎不被吸收，在人体对面放置的写
真板上感光。另一方面，有骨格的部分，受到吸收效果影响，X射线到达不了写真
板，所以，该部分不被感光。其结果使得骨头的形状浮现出来，于是就可以诊断
骨头断了或者没断等。
受物体影响的X射线的吸收不只依存于原子序号，还依存于照射的X射线的波长及
物体的厚度、构成物体元素的比率。
这种 X 射线的穿透性质，作为身边的例子，除了用于医疗以外，还被应用于在机场登机口所
看到的防止劫机用的手提行李物品检查分析仪。再者，作为能够对高价的美术工艺品及出土
的国宝毫不伤害的进行调查、识别的非破坏检查方法，被广泛的应用于文化财产保护领域。
X 射线除了具有透过和吸收性质外，还有一个重要的性质。那就是一照射 X 射线，就可以激发
出构成该物质元素的 X 射线。象这样因 X 射线所激起的 X 射线称为荧光 X 射线。
指纹因人而异，在进行犯罪搜查时，可以通过调查遗留在现场的指纹，作为逮捕罪犯的重要
证据。同样，由物质产生的荧光 X 射线也具有元素所固有的能量(波长)，可以通过调查 X 射
线的能量，分析(定性)未知样品的材质。
5-4
5.1.2 X射线的能量
X射线与我们每天沐浴的灿烂的阳光光线(可视光线及紫外线)及电热炉的红外线同样，都是电
磁波的一种。
所谓电磁波是指「电解和磁场的强弱在空间里传送的波动」，具有分别不同特征的波长(λ)
和震动数(ν)。
X 射线和可视光线及紫外线相比，具有短波长(从 10
-12
到10
-8
程度)。波长(λ)和光子能(E)呈反比例。
5-5
5.1.3 X射线的发生
在「5.1.1X射线的性质」项目中，已经涉及到X射线照射在物质上产生荧光X射线，该X射线能量具
有固有的值等内容，下面用图模式化地表示该内容。
荧光 X 射线的发生
这表示的是铜原子。中央是由质子、中子构成的原子核，它带有正电荷。其周围有 29 个电子
(带有负电荷)与其保持着一定距离，并不断地旋转着。
原子通常处于质子和电子数量相等的中性状态。
电子由从内侧起Ｋ壳、L 壳、Ｍ壳进入的场所和个数所决定。电子的个数和原子序号相同。与
K 壳、Ｌ壳、Ｍ壳等这些原子核的距离(结合能)同原子序号成比例变大。
当 X 射线或电子射线照射在物质上时，象上图一样，内侧轨道电子(Ｋ壳)被某概率弹出。内
侧一旦内侧产生电子弹出的空位后，作为原子变的非常不稳定(把它称为激发态)。因此，为
了返回稳定状态，外侧的电子添补到空位中来。并且，与此同时，该轨道间的能量差作为电
磁波也就是 X 射线释放出来。
5-6
比如，L 壳电子在填补Ｋ壳的空位时，Ｋα 射线、Ｍ壳电子填补Ｋ壳时、Ｋβ 射线释放出来。
在这些 X 射线的能量里有如下的关系。
E(Ｋα)＜E(Ｋβ)
另外，各自发生的概率也受原子序号的影响，大约是
I((Ｋα):I((Ｋβ)=10:1～2
这表示的是各个 X 射线的强度比。
另外，把由 X 射线管球发生、照射在样品上的 X 射线称为初级 X 射线。通过一次射线的照射，
从样品中产生的 X 射线叫做二次 X 射线或者荧光 X 射线。
本分析仪是测定荧光 X 射线的强度，求出膜厚。
5-7
5.1.4 X射线的强度
所谓X射线强度是相当于可视光线的亮度，用单位时间的X射线光子的数(cps; counts per
second)来表示，该值称为「计数率」。
X射线强度依存于物质中包含的各元素。
如上图所示，由元素A和元素Ｂ构成的物质被照射初级X射线，元素A的荧光X射线(XA)和元素B
的X射线(XB)同时发生。如前所述，由于来自各元素的X射线能具有固有的值，所以、能够单独
识别，独立测定X射线的强度。此时，物质中的元素A及元素B的成分比一变化，XA和XＢ的强度
也变化。
利用该现象，可以进行合金及溶液中的各成分的浓度（定量）分析。
同样，比如测定2层的膜厚时，只要材料及各层的原子序号不同，就可以区别每个X射线，所
以，利用与膜厚成比例的，各自X射线强度的变化现象，来求得各层的膜厚。
5-8
5.1.5 X射线的统计波动
由本分析仪进行的X射线计量，一般情况下，在其它的分光测定中不会成为问题，产生称作「统
计波动」的误差。
假如用非常稳定的分析仪，即使对完全相同样品的X射线强度(计数)Ｉ，每隔一定时间就测定
一次，各次测定的X射线强度也稍稍不同。在这些X射线强度的平均值ＩAVE的前后有“起伏”。
该“起伏”，从不能预测每个测定的意义上讲不规则，但是，“起伏”本身却显示了概率分
布的规则性。该“起伏”称为统计波动。
该起伏在「5.1.3X 射线的发生」中进行了说明。外
侧的电子填补内侧的电子空位时，同任何一个外壳
跌落过来的电子概率现象一样。
X 射线的统计变动从经验上讲，变为 X 射线强度 I
的平方根 程度。在决定相对于要求精度(反复性)
的测定时间以及数据处理时，必须考虑。
特别是利用由 X 射线计量的测定数据进行品质管理时，有必要考虑因该统计变动产生的误
差。
X 射线强度统计误差的值与 成比例增大，相对的误差按
伴随着 X 射线强度(计数)的增加而减少。
在同一样品中，要增加 X 射线强度，只能是扩大测定面积或延长测定时间。由于这些因子进
入平方根，即使测定时间增大到 4 倍，也不能提高 4 倍的精度(反复性)，相对精度变为 2 倍
( 倍)。
本分析仪在显示测定结果或打印时，变为“测定值± E.dev”的显示形式，该 E.dev 是从 X
射线强度的统计波动中，作为基准推测出的 1α 的膜厚测定误差。
年伦琴(W.C.Rontgen.1845-1923) 在进行放电管球的研究时偶然发现的放射线。他在实验中，
发现覆盖放电管球的滤光镜在闪光，进而在放电管球和滤光镜中间放入物体后，注意到在滤
光镜上映出了该物体的影子。
之后，透过自己的手确认了该现象，这件事很有名，可以说他是Ｘ光摄影的个体验
人。
5.1.1 X射线的性质
象这样，X射线有穿透物质的性质。
另外，穿透时，也有因构成物质的元素不同而被吸收的性质。
构成物质的元素原子编号越大、该吸收效果也就越大。该物质就可利用于Ｘ光摄影。
那么、以人体的Ｘ光摄影为例进行说明。
第５章 参考资料
5-3
首先，确定人体的成分为
①骨格(成分元素为钙 Ｃa 原子编号20)
②水分(H2O)、肌肉(成分元素为C、H、O等有机物轻元素)。
由于水分以及肌肉部分的原子序号小，X射线几乎不被吸收，在人体对面放置的写
真板上感光。另一方面，有骨格的部分，受到吸收效果影响，X射线到达不了写真
板，所以，该部分不被感光。其结果使得骨头的形状浮现出来，于是就可以诊断
骨头断了或者没断等。
受物体影响的X射线的吸收不只依存于原子序号，还依存于照射的X射线的波长及
物体的厚度、构成物体元素的比率。
这种 X 射线的穿透性质，作为身边的例子，除了用于医疗以外，还被应用于在机场登机口所
看到的防止劫机用的手提行李物品检查分析仪。再者，作为能够对高价的美术工艺品及出土
的国宝毫不伤害的进行调查、识别的非破坏检查方法，被广泛的应用于文化财产保护领域。
X 射线除了具有透过和吸收性质外，还有一个重要的性质。那就是一照射 X 射线，就可以激发
出构成该物质元素的 X 射线。象这样因 X 射线所激起的 X 射线称为荧光 X 射线。
指纹因人而异，在进行犯罪搜查时，可以通过调查遗留在现场的指纹，作为逮捕罪犯的重要
证据。同样，由物质产生的荧光 X 射线也具有元素所固有的能量(波长)，可以通过调查 X 射
线的能量，分析(定性)未知样品的材质。
5-4
5.1.2 X射线的能量
X射线与我们每天沐浴的灿烂的阳光光线(可视光线及紫外线)及电热炉的红外线同样，都是电
磁波的一种。
所谓电磁波是指「电解和磁场的强弱在空间里传送的波动」，具有分别不同特征的波长(λ)
和震动数(ν)。
X 射线和可视光线及紫外线相比，具有短波长(从 10
-12
到10
-8
程度)。波长(λ)和光子能(E)呈反比例。
5-5
5.1.3 X射线的发生
在「5.1.1X射线的性质」项目中，已经涉及到X射线照射在物质上产生荧光X射线，该X射线能量具
有固有的值等内容，下面用图模式化地表示该内容。
荧光 X 射线的发生
这表示的是铜原子。中央是由质子、中子构成的原子核，它带有正电荷。其周围有 29 个电子
(带有负电荷)与其保持着一定距离，并不断地旋转着。
原子通常处于质子和电子数量相等的中性状态。
电子由从内侧起Ｋ壳、L 壳、Ｍ壳进入的场所和个数所决定。电子的个数和原子序号相同。与
K 壳、Ｌ壳、Ｍ壳等这些原子核的距离(结合能)同原子序号成比例变大。
当 X 射线或电子射线照射在物质上时，象上图一样，内侧轨道电子(Ｋ壳)被某概率弹出。内
侧一旦内侧产生电子弹出的空位后，作为原子变的非常不稳定(把它称为激发态)。因此，为
了返回稳定状态，外侧的电子添补到空位中来。并且，与此同时，该轨道间的能量差作为电
磁波也就是 X 射线释放出来。
5-6
比如，L 壳电子在填补Ｋ壳的空位时，Ｋα 射线、Ｍ壳电子填补Ｋ壳时、Ｋβ 射线释放出来。
在这些 X 射线的能量里有如下的关系。
E(Ｋα)＜E(Ｋβ)
另外，各自发生的概率也受原子序号的影响，大约是
I((Ｋα):I((Ｋβ)=10:1～2
这表示的是各个 X 射线的强度比。
另外，把由 X 射线管球发生、照射在样品上的 X 射线称为初级 X 射线。通过一次射线的照射，
从样品中产生的 X 射线叫做二次 X 射线或者荧光 X 射线。
本分析仪是测定荧光 X 射线的强度，求出膜厚。
5-7
5.1.4 X射线的强度
所谓X射线强度是相当于可视光线的亮度，用单位时间的X射线光子的数(cps; counts per
second)来表示，该值称为「计数率」。
X射线强度依存于物质中包含的各元素。
如上图所示，由元素A和元素Ｂ构成的物质被照射初级X射线，元素A的荧光X射线(XA)和元素B
的X射线(XB)同时发生。如前所述，由于来自各元素的X射线能具有固有的值，所以、能够单独
识别，独立测定X射线的强度。此时，物质中的元素A及元素B的成分比一变化，XA和XＢ的强度
也变化。
利用该现象，可以进行合金及溶液中的各成分的浓度（定量）分析。
同样，比如测定2层的膜厚时，只要材料及各层的原子序号不同，就可以区别每个X射线，所
以，利用与膜厚成比例的，各自X射线强度的变化现象，来求得各层的膜厚。
5-8
5.1.5 X射线的统计波动
由本分析仪进行的X射线计量，一般情况下，在其它的分光测定中不会成为问题，产生称作「统
计波动」的误差。
假如用非常稳定的分析仪，即使对完全相同样品的X射线强度(计数)Ｉ，每隔一定时间就测定
一次，各次测定的X射线强度也稍稍不同。在这些X射线强度的平均值ＩAVE的前后有“起伏”。
该“起伏”，从不能预测每个测定的意义上讲不规则，但是，“起伏”本身却显示了概率分
布的规则性。该“起伏”称为统计波动。
该起伏在「5.1.3X 射线的发生」中进行了说明。外
侧的电子填补内侧的电子空位时，同任何一个外壳
跌落过来的电子概率现象一样。
X 射线的统计变动从经验上讲，变为 X 射线强度 I
的平方根 程度。在决定相对于要求精度(反复性)
的测定时间以及数据处理时，必须考虑。
特别是利用由 X 射线计量的测定数据进行品质管理时，有必要考虑因该统计变动产生的误
差。
X 射线强度统计误差的值与 成比例增大，相对的误差按
伴随着 X 射线强度(计数)的增加而减少。
在同一样品中，要增加 X 射线强度，只能是扩大测定面积或延长测定时间。由于这些因子进
入平方根，即使测定时间增大到 4 倍，也不能提高 4 倍的精度(反复性)，相对精度变为 2 倍
( 倍)。
本分析仪在显示测定结果或打印时，变为“测定值± E.dev”的显示形式，该 E.dev 是从 X
射线强度的统计波动中，作为基准推测出的 1α 的膜厚测定误差。
皇冠身份