X-荧光能谱仪工作原理、类型及应用

一，X-荧光能谱仪工作原理及类型

1. 为了不同的检测目的，有各种各样的X荧光能谱仪,包括便携式荧光能谱仪可以在野外使用的简易仪器和在实验室中使用的大型仪器，其工作原理是相同的。仪器主要包括四个系统：A. X-荧光激发源；B. X-荧光探测器；C. 样品室D.信号处理、数据计算系统。

2．X-荧光能谱仪类别：

a.便携式荧光能谱仪，它是以同位素源为激发源，优点是体积小巧，便于携带，适用现场分析或野外和大型工件或设备上某零件的元素分析及合金牌号的鉴定。主要缺点是不能达到大型荧光能谱的分析精度；一般为定性半定量分析获准定量分析。目前国际上zui好的便携式荧光能谱仪可同时分析包括黄金(Au)等24种元素,主量元素分析准确度可达1% 以内.

b.小型管激发X-荧光能谱仪：由于探测器采用正比计数管技术，因此体积较小，优点是价格便宜，适用于单元素的高含量的分析。缺点是由于采用正比计数管技术探测器分辨率较差，因而不能对相邻元素进行分析，不能进行多元素分析，一般仅对一个元素进行半定量分析。

c.大型X-荧光能谱仪：主要特点是采用Si(Li)探测器技术，按制冷方法可分液氮制冷和电致冷两种。仪器有很高的稳定性、很高的灵敏度、准确度和重现性，可同时分析Na-U的各种元素，分析的浓度从100％－ppm级， 目前世界上zui好的能谱仪在分析纯水中痕量元素时可以达ppb级。

d. 微区X-荧光能谱仪： 除去上述类型的能谱仪，另外，还有特殊性能的荧光能谱仪。上述的荧光能谱仪均是从事材料的平均成份分析，对材料中的夹杂物或不均匀材料或小颗粒的分析有很大的局限性。目前有一种非常成熟的能谱技术，这种能谱叫微区X-荧光能谱仪，它不仅可以完成一般能谱仪的平均成份的分析，又具有可变的细的X-光光束，可对微区进行有选择的分析。可通过精密移动样品台的对样品细小的区域进行成份分析,并实时给出元素的面分布图。它类同于扫描电镜或电子探针的分析, 但又比后者灵敏度高得多。特别实用于各种不均匀材料和夹杂物的鉴定分析。微区zui小区域一般可在50微米， 100微米，200微米，500微米至1000微米（1毫米）由用户任意选择。仪器同时配有CCD 显示系统，用户可以通过监视器选择分析的区域，CCD 具有放大图像的功能，放大倍数为：50X,100X, 300X.这是目前能谱仪中性能zui好的，但其价格较高。

二，X-荧光能谱仪的应用

至于X-射线能谱仪的操作简便，工作效率高，一般多元素样品分析时间为2-3分钟，仪器维护费用低，且仪器寿命长，比其他于元素分析仪器购置费用低等突出的特点。故目前的在各个行业的化学分析专业均有应用。近几年特别是在冶金行业尤为突出。如黑色，有色金属中的各种合金材料，贵金属，冶金的各种原料，矿石，铁合金类，炉渣，保护渣，耐火材料等均有良好的应用实践。

荧光能谱仪具有广泛的应用领域，在不同的领域应用显示出不同的鲜明特点。在国外化学分析领域已经得到广泛的应用。由于这是一种新的分析手段。进入中国分析仪器市场时间不长（1992年以后），许多化学分析，材料分析领域的科研人员尚不熟悉。希望通过本文的介绍，可以引起科研，检验，化学分析人员的关注。

一般说来，现在的XRF能够满足一般分析测试的需求，对于RoHS指令，其误差主要来自于样品以及标准。因此需要对样品的制备和处理相当重视。同时XRF作为一种比较分析技术，要求所有进入仪器测试的标准样品和未知样品具有相同的形貌和重现性。任何样品制备方法，都必须保证样品制备的重复性，并在一定的浓度范围内使样品具有相似的物理性质。典型的样品应该如下：

a.能代表要分析测试的整体材料；

B.表面平整光滑，样品均匀；

C.样品厚度应达到XRF所需要的无限厚度。

所谓无限厚度就是：当入射的X射线全部被吸收而不能射出的厚度。针对RoHS中提到的管制物质，其常规所存在的材料一般为：电子电器产品元器件，塑胶和金属件，一般并不符合XRF的进样分析要求。故而也需要机械制备前处理。

XRF光谱仪定性筛查screen定性筛查可以直接测试样品（非破坏性）或者使用机械样品制备步骤（破坏性）来执行。有代表性的样品或者均匀的材料（例如塑料）的筛查可以使用非破坏性测试执行，而其他样品（例如印刷电路版）必须使用机械样品制备。

样品被来自X射线源发射出来的光束照射，产生测试样品中存在元素的特征X射线，经测试该X射线，转换为元素的质量百分比浓度。

X射线荧光光谱分析定性筛查采用定性分析方法来辨认管制物的存在与否。和其他分析程序相比，此测试方法具有快速、很少或者不需要制备样品，以及宽的动力学范围。所用的设备很多比其他方法用到的成本更低。取决于控制物质的可接受的标准，以及分析仪器的性能，本测试不能作为裁决性的结果。如果是碰到后者的情况，本测试执行完毕后必须继续执行定量筛查分析或者其他验证测试程序来决定样品中管控物质的存在与否以及浓度。

必须注意的是X射线荧光光谱分析只提供管制物质以元素形式存在与否的信息。特别注意的地方例如对于Cr和Br，其结果只反映总Cr和总Br的存在，而不是管制的Cr(Vi)和PBB,PBDE。因此Cr(VI),PBB,PBDE的存在必须使用验证测试程序来确认，如果检测的到Cr或者Br存在。相反必须注意的是如果本方法没有检测到Cr和Br的元素形式存在，那么也肯定没有Cr(VI)和PBB，PBDE。由于XRF光谱法是一种比较的技术，其性能取决于校正的品质，也就是取决于用来建立仪器校正的标准的精确度。XRF分析对于基体是非常敏感的。这意味着光谱以及基体干扰（例如吸收和增强现象）必须在分析的时候加以考虑，特别是复杂多变的样品例如聚合物和电子元件。同时由于其固体直接进样分析的原因，在标准品和/或者样品进样分析的时候，其重复性会较差.XRF使用射线，对人体有害。因此所有产生射线的仪器必须根据制造厂商提供的安全指导以及当地的法规来操作。

前文讲到XRF定性分析，这里再探讨定量筛查电子技术产品中的管制物质程序。对象包括所有的材料类型，例如聚合物，金属和电子元件。

使用恰当的机械样品制备方法来制备要分析的样品。取有代表性的样品，使用x射线照射来测试X射线荧光强度。定量筛查采取了基于参考物质对比的分析方法。也就是标准品对比方法。

必须注意的是：X射线荧光光谱分析值提供管制物质以元素形式存在与否的信息。必须特别注意例如Cr以及Br，所得的结果是总Cr和总的Br，而不反映其存在的形式。因此如果存在Cr,Br的时候，六价铬，PBB，PBDE必须使用确认测试程序进行确认。另一方面，如果没有Cr,Br的存在，那么就不可能存在Cr（VI),PBB,PBDE。分析方法必须小心的执行校正，考虑：光谱干扰，基体效应以及其他影响，其可能影响荧光辐射的强度。