X熒光分析儀的原理

熒光光譜儀及其原理什么是XRF?什么是XRF?tt出二次X射線，并且不同的元素所放射出的二次X射線具有特定的能量特性或波長特性。探測系統(tǒng)測量這些放射出來的二次X射線的能量及數(shù)量。然后，儀器軟件將探測系統(tǒng)所收集到的信息轉(zhuǎn)換成樣品中各種元素的種類及含量。利用X射線熒光原理，理論上可以測量元素周期表中的每一種元素。在實際應(yīng)用中，有效的元素測量范圍為11號元素 （Na）到92號元素（U）。X射線熒光的物理意義:X射線是電磁波譜中的某特定波長范圍內(nèi)的電磁波，其特性通常用能量（單位：千電子伏特，keV）和波長（單位：nm）描述。X射線熒光是原子內(nèi)產(chǎn)生變化所致的現(xiàn)象。一個穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)由原子核及核外電子組成。其核外電子都以各自特有的能量在各自的固定軌道上運行，內(nèi)層電子（如K層）在足夠能量的X射線照射下脫離原子的束縛，釋放出來，電子的逐放會導(dǎo)致該電子殼層出現(xiàn)相應(yīng)當(dāng)電子空位。這時處于高能量電子殼層的電子（如：L層）會躍遷到該低能量電子殼層來填補相應(yīng)當(dāng)電子空位。由于不同電子殼層之間存在著能量差距，這些能量上的差以二次X射線的形式釋放出來，不同的元素所釋放出來的二次X射線具有特定的能量特性。這一個過程就是我們所說的X射線熒光（XRF）。標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)樣品在國際上有規(guī)定，就是一個樣品送過7家權(quán)威的測試中心進行定值后，取其平均值，這樣樣品里面元素的含量就是已知的情況下，可以作為標(biāo)樣.儀器的工作原理是通過X光管激發(fā)X射線照射到樣品上，樣品中元素受激發(fā)產(chǎn)生X射線熒光，被探測器接收,熒光的波長對應(yīng)特定的元素，熒光的強度就對應(yīng)元素的含量.。XRF選購基礎(chǔ)知識儀器品牌&公司實力這點和購買其他商品一樣，我們都會注意到這點，購買XRF我們要看這個品牌是不是在RoHS指令執(zhí)行期間才冒出來的，大家都知道儀器技術(shù)都是要靠積累和沉淀的，還有大家關(guān)心的是會不會這個公司應(yīng)為RoHS而生，因為RoHS而亡.如果這個公司賺夠錢，突然蒸發(fā)了，那用戶怎么辦，售后服務(wù)由誰來負(fù)責(zé)呢.儀器的功能有的XRF除了測試RoHS指令所測的那幾個元素，還有沒有其他功能呢，據(jù)我所知，有的XRF還具有測厚功能.這里說點題外話,XRF的類別：便攜式熒光能譜儀，它是以同位素源為激發(fā)源，優(yōu)點是體積小巧，便于攜帶，適用現(xiàn)場分析或野外和大型.主要缺點是不能達到大型熒光能譜的分析精度。目前國際上最好的便攜式熒光能譜儀可同時分析包括黃金(Au)等24種元素.小型管激發(fā)X-熒光能譜儀：由于探測器采用正比計數(shù)管技術(shù)，因此體積較小，優(yōu)點是價格便宜，適用于單元素的高含量的分析。缺點是由于采用正比計數(shù)管技術(shù)探測器分辨率較差，因而不能對相鄰元素進行分析，不能進行多元素分析，一般僅對一個元素進行半定量分析。大型X-熒光能譜儀：主要特點是采用Si(Li)探測器技術(shù)，按制冷方法可分液氮制冷和電致冷兩種。儀器有很高的穩(wěn)定性、很高的靈敏度、準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性，可同時分析Na-U的各種元素，分析的濃度從100%—ppm級。微區(qū)X-熒光能譜儀：除去上述類型的能譜儀另外，還有特殊性能的熒光能譜儀。上述的熒光能譜儀均是從事材料的平均成份分析，對材料中的夾雜物或不均勻材料或小顆粒的分析有很大的局限性。目前有一種非常成熟的能譜技術(shù)，這種能譜叫微區(qū)X-熒光能譜儀，它不僅可以完成一般能譜儀的平均成份的分析，又具有可變的細的X-光光束，可對微區(qū)進行有選擇的分析?？赏ㄟ^精密移動樣品臺的對樣品細小的區(qū)域進行成份分析，并實時給出元素的面分布圖。它類同于掃描電鏡或電子探針的分析，但又比后者靈敏度高得多。特別實用于各種不均勻材料和夾雜物的鑒定分析。微區(qū)最小區(qū)域一般可在30微米，100微米，200

微米，500微米至1000微米(1毫米)由用戶任意選擇。目前購買的比較多的是a和c類，d類價格不菲，很多廠家都忘而卻步，大家根據(jù)自己的時間情況選擇適合自己產(chǎn)品分析的一款。儀器的性能是購買儀器很重要的一個指標(biāo)簡單介紹下儀器心臟，探測器。為什么儀器的價格會相差那么遠，很大原因就因為這個。依分辨率高低檔次由低至高常用的探測器有NaI晶體閃爍計數(shù)器，充氣(He,Ne,Ar,Kr,Xe等)正比計數(shù)管器、HgI2晶體探測器、半導(dǎo)體致冷SiPIN探測器、高純硅晶體探測器、高純錯晶體探測器、電致冷或液氮致冷Si(Li)鋰漂移硅晶體探測器、Ge(Li)鋰漂移錯探測器等。高純硅晶體探測器測能量范圍的大小目前常用的是電致冷或液氮致冷Si(Li)鋰漂移硅晶體探測器、SiPIN探測器、。探測器的性能主要體現(xiàn)在對熒光探測的檢出限、分辨率、探等方面。所以你要儀器的檢出限好你就要看它了。高純硅晶體探測器測能量范圍的大小低檔探測器有效檢測元素數(shù)量少，對被測物質(zhì)中微量元素較難檢測，分辨率一般在700—1100eV，一般可分析材料基體中元素數(shù)量較少，元素間相鄰較遠，含量較高的單個元素。中檔探測器有效檢測元素數(shù)量稍多，對痕量元素較難檢測，分辨率一般在200—300eV，一般用于檢測的對象元素不是相鄰元素，元素相鄰較遠(至少相隔1-2個元素以上)，基體內(nèi)各元素間影響較小。高檔探測器可以同時對不同濃度所有元素(一般從Na至U)進行檢測，分辨率一般在150—180eV?？赏瑫r測定元素周期表中Na-U范圍的任何元素。對痕量檢測可達幾個ppm量級。前面那兩檔檢測器，不能完全符合RoHS的要求，很多生產(chǎn)xrf的公司都宣稱他們的儀器能對Na到U元素進行檢測，但測試的時候能把na到u元素分開嗎，我們都知道相鄰元素會互相干擾，如果干擾了，你說做出來的數(shù)據(jù)會準(zhǔn)確嗎？SiPIN探測器、高純硅晶體探測器的分辨率一般是200eV-270eV，電致冷或液氮致冷Si(Li)鋰漂移硅晶體探測器的分辨率為140eV-165eV.電制冷不需要消耗液氮，但他制冷工藝復(fù)雜，價格也最貴，靠消耗電來制冷，分辨率比液氮稍遜，但也完全符合rohs檢測的要求。液氮制冷需消耗液氮，使用起來不方便，但液氮的溫度很低，操作者必須注意安全，但它的分辨率比電制冷稍好。這里我們還要看探測器的面積，探測器面積越大，效率越高。測試的時間就越短。市面上探測器面積有5—15mm2不等。很多XRF廠商都宣稱他們的儀器測試時間是3分鐘，是出一個可靠的數(shù)據(jù)3分鐘嗎，還是減少測試條件，具體指減少濾光片的轉(zhuǎn)換次數(shù)和livetime來達到減少測試時間。的確很多XRF的測試時間能達到3分鐘，但出的數(shù)據(jù)是很差的。只有極少數(shù)儀器能達到這個水平。測試時間對RoHS這個行業(yè)也是很重要的，因為很多廠家的需檢測的產(chǎn)品比較多，一天可能有300多個，甚至更多。如果購買了了一臺低效率的XRF，你可能要再買幾個才能滿足你的測試量。X光管X光管也XRF的核心部件之一。大多數(shù)XRF廠商奉行拿來主義，做的就是組裝貼個品牌的工作。其性能壽命和分別的成本一般是5000小時合幾千美金。而高檔的X光管壽命一般在10年以上，成本當(dāng)然也高達10多萬人民幣；就檢測器SiLi電制冷的，壽命同樣會在10年以上，成本至少15萬人民幣。處理器分為兩種：數(shù)字脈沖處理器和模擬脈沖處理器，前者在數(shù)據(jù)處理處理上速度好。全數(shù)字脈沖處理快線路處理，容許死時間高達60%?？刹杉笕萘坑嫈?shù)，可減少采集時間先進的數(shù)字與傳統(tǒng)的模擬是兩代處理器技術(shù)，技術(shù)水平一般差十年。模擬脈沖處理器一般信號處理模式，死時間僅容許30%。不能進行高通量信號處理，為獲得大的計數(shù)必須延長采集時間。濾光片濾光片多，可以有選擇的降低信噪比，對痕量分析十分有用。講完了XRF幾個關(guān)鍵的部件，談下XRF的幾個指標(biāo)。檢出限有的XRF商家稱檢出限Cd/Pb/Cr/Hg/Br為1PPM。很多XRF商家使用儀器的檢出限來迷惑客戶，宣稱他們的儀器檢出限很低，能完全滿足你的需要。儀器檢出限是三倍儀器噪音的值，在實際使用中沒有多大的意義。其實客戶關(guān)心的是方法檢出限，有現(xiàn)實意義的是方法檢出限，也就是說在滿足其它質(zhì)控要求的條件下，實驗所用的方法能從樣品中檢出目標(biāo)物的最小濃度。所以以后XRF商家說他們的儀器檢出限有多么低的時候，你可以問下他們的方法檢出限是多少。因為大家都知道在實際檢出中，都存在基體干擾的，如果分辨率不好，雖然儀器檢出限很低，但到具體檢測一個樣品的時候，方法檢出限可能會使儀器檢查限的幾倍甚至幾十倍。儀器的精度一般XRF的精度都比較差，因為他屬于篩選型的儀器，精度要好，除了儀器本身的原因以外，還同做標(biāo)準(zhǔn)曲線有很大關(guān)系。如果單說儀器的精度有多好，個人認(rèn)為也是很不科學(xué)的。儀器的穩(wěn)定性有的XRF商家說他們的儀器穩(wěn)定性有多好，你就要看是短時間的穩(wěn)定性還是長時間的穩(wěn)定性了。短時間的儀器穩(wěn)定性也是沒什么意義的，一般以8小時長時間的儀器穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)。8小時穩(wěn)定性＜1%的儀器穩(wěn)定性應(yīng)該是不錯的。儀器的后期運行成本主要是看探測器、X光管和液氮的消耗，現(xiàn)在很多XRF商家推出來的儀器價格很誘人，但他們的探測器和X光管的壽命都是3—5年，3—5年后你就應(yīng)該更換這些部件，我們都知道XRF的探測器和X光管是xrf的核心部件，這兩個部件的價格也占了這儀器的一半以上。再說跟換了這兩個部件，儀器的性能再不如以前了，因為負(fù)責(zé)任的XRF商家在儀器出廠前都會做嚴(yán)格的檢測和校正的。更換了兩個核