全反射X射线荧光分析

全反射X射线荧光（TXRF）是一种表面元素分析技术，通常用于分析颗粒、残留物和光滑表面上的杂质。

TXRF本质上是一种具有特殊反射几何的能量色散XRF技术。入射光束掠射至平坦样品载体上，掠射角低于X射线外部全反射的临界角，导致大部分激发光束光子在此表面反射。样品一般是沉积在载体上的非常薄痕量物质，被在非常小角度下进行观察。得益于这种构型，在TXRF中测量的光谱背景小于传统的XRF，因此使信噪比增加。

TXRF按其应用范围可分为：

 化学分析：样品一般会经过化学处理，包括悬浮、溶解、矿化、预浓缩和分离等步骤

微量分析：对微量样品（通常为少量颗粒）进行分析。在这方面，TXRF是考古学和法医取证等领域的重要工具。

 表面分析：TXRF可对平坦表面的化学成分进行即时分析。

限制EDXRF技术信噪比的原因之一是因为使用了直接激发型X射线管，使测试光谱中产生大量的背景噪音。这个背景噪音是由于X射线管光谱中Bremstrahlung部分造成的。被散射的高能光子不仅增加了被测光谱区域中的高能区域的背景，还可能被多次散射并在低能量区域产生背景噪音。

X射线与任何其他电磁波一样，在任何均匀（透明）介质，例如在真空中，都会沿直线路径传播。但是，如果X射线光束在传播过程中入射至第二种介质的边界表面，比如固体的表面，它将偏离原始方向。该偏离的性质取决于光子的能量，构成界面介质的性质以及入射光的角度。在某些条件下，光束可以被分开，即它的一部分被反射回第一中介质，剩下的部分被折射至第二种介质。

与可见光光子的性质不同，对于X射线而言，任何介质密度都低于真空，任何固体的光学密度都低于空气，这导致折射光束偏向界面。在此逻辑上，可以看到存在一个最小临界角 α1 = αcrit作为发生折射的条件。对于小于 αcrit 的 α1 角度，没有光束可以被折射进入介质 2.界面就像一面理想的镜子，将入射光束完全反射回介质 1，这种现象称为全反射。

临界角可以根据以下公式计算：

从上式可以得出两个重要结论：

 给定能量光子仅在某个掠入射叫，即临界角下发生全反射。

 设置在特定角度的反射器将仅反射来自多色光束中的部分光子，即那些能量满足全反射条件的部分。

由于全反射角取决于光子的能量，因此可以使用此效应修改激发光谱光束。通过消除来自激发光谱的高能光子，可以最小化它们对测量光谱背景的贡献，从而达到更好的检测限。

通过这种方式，可以使用全反射来“过滤掉”白光X射线中能量高于给定值的光子。换句话说，可以在X射线光路上使用平坦的基底作为低通滤波器，且不会明显影响光束的强度。

通常TXRF光谱仪有几种不同的设计，但用在一般实验室中，它们通常是基于X射线管的使用。来自于传统X射线管中的多色准直光束被第一个反射器改变方向，使主光谱发生改变。对于大多数应用，平坦、抛光过的石英玻璃块就足够了，用于充当低通滤波器去除Bremsstrahlung连续光谱中的的高能光子（即截断）。或者，第一个反射器可以用类似单色器的装置所替代。一些单晶或多层结构的装置可以充当布拉格反射器。

只有在这种“光谱修改器”上被反射的光束才被允许以掠入射的方式照射至样品载体，其角度小于确保对主要激发能量进行全反射的角度。样品支架可以装载一些样品材料，也可以是被分析的实际对象本身。

从样品中产生的X射线辐射随后被能量色散的固体检测器所分析，这种检测器通常为Si（Li）检测器。由于散射截面在90°时最小，探测器一般安装在其入射窗口平行于样品的平面上，从而最小化光谱的散射背景。到样品的距离减少到约1毫米，以确保荧光辐射的在较大的立体角内被检测。所测得的信号按强度振幅（与X射线的能量成比例）在多通道分析仪中排序，得到能量色散光谱。该测试可以在空气环境中进行，但可以设计更复杂的样品室从而兼容真空或氦气吹扫下的测试，以此减少空气对低能特征发射辐射的吸收。

TXRF是一种相当灵活且较为经济的多元素分析技术。

 可用作微量样品的分析工具，例如沉积在样品载体上的小颗粒。

 在各钟分析研究领域都被有效地应用于元素的痕量分析。

 由于信噪比的提高，仪器检测限通常在 pg 或 ng/mL 范围内。

 由于样品层非常薄，因此定量分析不容易受到基质影响（无需校正衰减或增强效应）

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