手持式合金分析儀是一種XRF光譜分析技術，X光管產生的X射線打到被測樣品時可以擊出原子的內層電子，出現殼層空穴，當外層電子從高軌道躍遷到低能軌道來填充軌道空穴時，就會產生特征X射線。X射線探測器將樣品元素的X射線的特征譜線的光信號轉換成易于測量的電信號來得到待測元素的特征信息。
手持合金分析儀的工作原理主要基于X射線熒光光譜分析技術。
當X射線管發射的高能X射線撞擊到被測樣品時，可以擊出原子的內層電子，導致殼層空穴。此時，外層電子從高軌道躍遷到低能軌道來填充這些空穴，過程中會釋放出特征X射線。X射線探測器將這些特征X射線的光信號轉換成電信號，從而得到待測元素的特征信息，進而分析出金屬材料的元素成分和含量。
此外，手持合金分析儀通常采用火花激發或激光激發的方式使金屬材料產生光譜。激發過程中，金屬表面的微小區域被迅速加熱并蒸發，產生高溫和高密度的等離子體。在這個等離子體中，金屬元素的原子或分子被激發并釋放出特征光譜。光學系統會將這些特征光譜收集并傳輸到檢測器上，檢測器將光譜轉換成電信號，再通過放大、濾波等處理過程，提取出與元素成分和含量相關的信息。
每個原子都有自己固定數量的電子，這些電子的數量等同于核子中的質子數量。從元素周期表中的原子數可以得知質子的數目，每個原子數都對應固定的元素名稱。例如，鐵的原子數為26，其Kα能量大約是6.4千電子伏。特定元素在一定時間內所放射出來的X射線的數量或密度可以用來衡量這種元素的數量。典型的XRF能量分布光譜顯示了不同能量時光子密度的分布情況。
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