什麼是 XRF 激發電壓(kV)?
XRF 的 X 光管(X-ray Tube)透過高電壓加速電子,使高速電子撞擊靶材(Target),產生 X-ray。
kV(kilovolt,千伏特)就是 X 光管的加速電壓。
當設定的 kV 越高,電子撞擊靶材時具有的最大能量越高,因此可以產生更高能量的 X-ray。
激發電壓(kV)主要影響什麼?
由以下線性圖可以看出主要 X-ray 能量區域的強度變化

① X-ray 能量範圍
激發電壓(kV)越高,X-ray 的最高能量與整體強度隨之提高。
50 kV 與 20 kV 的差異並不只是「多了 30 keV」,整個 X-ray 能譜的能量分布與強度也會跟著改變。
② X-ray 穿透能力
X-ray 的穿透能力與其能量有關。
一般而言:
較低能量 X-ray
→ 較容易被樣品吸收
→ 穿透能力較弱
較高能量 X-ray
→ 較不容易被樣品吸收
→ 穿透能力較強
但要注意,XRF 的實際有效分析深度並不是單純由 kV 決定。X-ray 進入樣品後產生的螢光 X-ray,還必須從樣品內部逸出並到達 Detector,因此樣品材質、密度、元素種類以及螢光 X-ray 能量等,都會影響最終的有效分析深度。
為什麼不同元素需要不同的 kV?
每一種元素都有特定的電子能階,以及相對應的 吸收邊(Absorption Edge)。當入射 X-ray 具有足夠的能量,超過相應殼層的吸收邊時,才能有效激發該元素產生特徵 X-ray。
激發電壓應依目標元素所使用的分析線及其吸收邊,選擇適合的能量條件。
kV 越高,分析效果越好嗎?
不一定。
較高 kV 可以提供更高能量的 X-ray,也具有較強的穿透能力,對需要較高激發能量的元素非常重要。但如果目標元素並不需要如此高的激發能量,一味提高 kV 並不一定能得到最佳結果。因為提高 kV 的同時,也會改變整體 X-ray 能譜,並可能增加不需要的散射及背景訊號。
因此 XRF 分析真正追求的並不是:最高 X-ray 強度
而是:目標元素訊號相對於背景訊號是否足夠清楚。也就是 Signal-to-Noise Ratio(S/N,訊噪比)。
如何選擇適合的激發電壓?
實際選擇 kV 時,主要需要考慮:
因此,不同元素可能需要不同的 kV、μA 與 Filter 組合。這也是為什麼一台 XRF 即使最高可以達到 50 kV,實際分析時也不代表所有元素都使用 50 kV。
結論
新一代 Bruker TITAN 手持式 XRF 採用 Rh 靶 X 光管,提供 5–50 kV 可調式激發電壓,並可搭配不同的電流與濾波器。針對不同元素與應用,可使用不同的激發條件調整 X-ray 能譜,而不是單純固定使用最高 50 kV。再搭配 SDD 偵測器與光譜分析演算法,針對不同元素進行分析最佳化。
因此,在比較 XRF 儀器時,除了「最高可以達到多少 kV」之外,更重要的是整套激發系統是否能針對不同元素提供適合的分析條件。
想進一步了解 XRF 的分析原理、儀器種類與應用,可參考:XRF 是什麼?XRF 元素分析可以做什麼?