안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
XRF는 물질에 강한 X선을 쬐어주었을 때 그 물질이 원소 고유의 특성 X선을 다시 내뿜는 현상을 이용해 성분을 분석하는 기술입니다. 이 원리는 전자의 이동과 에너지 방출이라는 전기화학 및 물리적 단계로 설명할 수 있습니다.
첫 단계는 외부 자극에 의한 전자의 방출입니다. 분석하려는 시료에 높은 에너지를 가진 1차 X선을 조사하면, 이 에너지가 원자 안쪽 껍질에 있는 전자를 때려 원자 밖으로 튕겨 나가게 만듭니다. 전자가 빠져나간 안쪽 껍질에는 전자가 비어 있는 매우 불안정한 빈자리가 생기게 됩니다.
두 번째 단계는 안정을 찾기 위한 전자의 전이와 형광 X선의 발생입니다. 원자는 불안정한 상태를 해소하기 위해 상대적으로 에너지가 높은 바깥쪽 껍질의 전자를 안쪽의 빈자리로 떨어뜨립니다. 이때 두 껍질 사이의 에너지 차이만큼 에너지가 빛의 형태로 외부에 방출되는데, 이를 특성 X선 또는 형광 X선이라고 부릅니다.
마지막 단계는 이 빛을 검출하여 성분을 분석하는 과정입니다. 원자마다 궤도 간의 에너지 차이는 지문처럼 고유한 값을 가집니다. 따라서 기기에 장착된 검출기가 방출되는 형광 X선의 에너지 크기를 읽어내면 어떤 원소인지 알 수 있고, 그 빛의 세기를 측정하면 원소의 함량이 얼마나 되는지까지 정확히 파악할 수 있습니다. 요약하자면 XRF는 내각 전자의 방출과 외각 전자의 전이 과정에서 발생하는 고유의 형광 X선을 측정하여 물질을 비파괴적으로 분석하는 원리입니다.