X射线荧光仪器根据能量分辨的原理不同，可分为波长色散型、能量色散X射线型和非色散型。一台典型的X射线荧光（XRF）仪器由激发源（X射线管）和探测系统构成。X射线管作为激发源，产生入射X射线（一次X射线）用于激发被测样品，受激发的样品中的每一种元素都会放射出二次X射线。由于不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性，探测系统会根据二次X射线的特征测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。最后探测系统所收集到的信息经仪器软件转换成样品中各种元素的种类及含量。经历了几十年的发展，现已有单一的波长色散XRF谱仪发展成为波长色散、能量色散、全反射、同步辐射、质子XRF谱仪和荧光分析仪等一个大家族。
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