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X射線熒光光譜儀主要由以下幾個部分構成：
激發源：通常為X射線管，是X射線熒光光譜儀的重要組件。燈絲和靶極密封在抽成真空的金屬罩內，燈絲發射的電子經高壓電場加速撞擊在靶極上，產生一次X射線，用于激發樣品中的元素。
樣品室：用于放置樣品，部分儀器的樣品室支持真空或氦氣環境，以優化分析條件。樣品臺通常具有多個軸向調節功能，可以調整樣品的位置和角度，以提高檢測精度。
分光系統：波長色散型X射線熒光光譜儀的分光系統主要部件是晶體分光器，其作用是通過晶體衍射現象把不同波長的X射線分開。分光晶體靠一個晶體旋轉機構帶動，為了檢測到特定波長的熒光X射線，分光晶體轉動θ角，檢測器必須轉動2θ角。能量色散型X射線熒光光譜儀則沒有復雜的分光系統，依靠半導體探測器直接測量熒光X射線的能量。
檢測記錄系統：常用的檢測器有流氣正比計數器、閃爍計數器和半導體探測器等。流氣正比計數器適用于輕元素的檢測，閃爍計數器適用于重元素的檢測，半導體探測器主要用于能量色散型X射線的檢測。檢測器將X射線光子能量轉化為電能，產生脈沖信號，經放大器、脈沖幅度分析器等處理后，由記錄顯示儀器記錄下來，得到熒光X射線譜圖。
數據處理系統：通常由計算機和分析軟件組成，對檢測到的光譜數據進行處理，通過特定的算法和模型，將光譜信息轉化為樣品中各種元素的種類及含量，生成定性和定量分析結果。
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