X射線熒光光譜儀的階段進展

上一篇 / 下一篇 2010-02-18 19:32:47/ 個人分類：XRF

10年以前的文章，可能有點過時，權當參考吧，o(∩_∩)o...

介紹目前波長色散型X射線熒光光譜儀(XRF)的發展狀況，并列表比較世界上一些儀器制造公司最新型號的X射線熒光光譜儀的主要技術性能指標。
關鍵詞 X射線熒光光譜儀

X射線熒光光譜分析是一種發射光譜分析技術，應用于各種材料的元素測定，根據不同應用要求，其分析濃度范圍可從0.1ppm到100%。具有測定元素范圍廣、測定精度高、分析速度快、非破壞性分析等特點。

1 目前X射線熒光光譜儀的發展狀況

1.1 XRF的分類
XRF根據其分光方式分為波長色散型和能量色散型X射線熒光光譜儀。波長色散X射線熒光光譜儀又分為順序式X射線熒光光譜儀,即單道XRF;同時式X射線熒光光譜儀,即多道XRF。多道XRF分析速度快,但價格貴,適用于生產廠礦。對于科研單位和商檢系統一般配備順序式波長色散X射線熒光光譜儀。

2.順序式X射線熒光光譜儀的最新特點

2.1 分析元素的范圍擴大、靈敏度提高
隨著人工合成多層膜晶體的開發應用，使得輕元素鈹、硼、碳、氮、氧等的分析成為可能。這類晶體是由低原子序數和高原子序數物質以納米級厚度交替疊積而成，其層間厚度可以人工控制，如OVO-B晶體的間距為20納米，適用于硼和鈹的分析。配備合適的晶體，現代XRF儀可測4Be(鈹)～92U(鈾)。
由于X射線管的功率增大,鈹窗減薄,X射線管與樣品的距離縮短,輕元素分析配備了超粗準直器，降低了元素的檢出限。新型的XRF儀對青銅中鈹的檢出限低于0.2%，玻璃中硼的檢出限低于200 μg/g，鋼中碳的檢出限為122μg/g （1），一般中重元素的分析范圍為ppm至100%（2）。

2.2 精密度和準確度有較大改善
新型號儀器的高壓發生器的電壓與電流的波動控制在0.0005%以下（外電源波動1%）；測角儀由于采用了莫爾條紋和直接光學位置傳感器等新技術，使得測角儀的角度重現性優于0.001°，甚至達到0.0001°；在計數電路中，采用多道分析器，同時使用兩個脈沖高度分析窗口，能更有效地扣除高次線和晶體熒光的干擾，另外峰漂移校正、計數漏計校正、死時間校正等技術的改進，使計數器的最大線性計數大于1000Kcps，比八十年代的計數器高了一個數量級，因而元素的測量校正曲線的線性范圍擴大；光譜室的溫度穩定技術改進，提高了對溫度敏感的晶體的峰位測量準確性。由于以上幾個因素，儀器的測量精密度與準確度有較大改善。

2.3 多功能和小型化
在新一代儀器中，順序式儀器除了掃描道外可設置固定分析道，以加快分析速度。某些型號的X射線熒光光譜儀中設有X射線衍射（XRD）分析通道，可進行材料的相分析，如ARL公司的ARL8600S型儀器。另外，新型號的X射線熒光光譜儀比80年代儀器在體積上約小二分之一。

2.4 計算機軟硬件的發展
   由于計算機技術的迅速發展，儀器中計算機硬件和軟件都有很大改進。首先硬件從八十年代龐大的Digital PDP11小型機變成操作和維護都方便的PC機，費用也大大降低。軟件從指令性軟件變為窗口軟件，界面友好，用戶使用方便，至Windows95推出以來，許多軟件都在Windows95環境下運行，功能更為強大。
   隨著儀器的不斷完善，現代XRF分析技術的分析誤差主要來源于基體效應和樣品制備。新型號的儀器中除采用傳統的經驗系數法軟件校正基體效應外，理論a系數和基本參數法定量分析軟件的應用也日益增長，使得分析樣品中的基體校正的準確性不斷提高。
   軟件的另一個重要發展是半定量分析軟件的推出，這一軟件對于分析樣品繁雜而又缺少合適標準樣品的分析非常適用，未知樣品在無標準樣品作參照的情況下只要15分鐘就能得出約70種元素的半定量分析值。一般來說，對于較重基體中含量50～200ppm以上，輕基體中含量5～10ppm以上的大部分元素，半定量的分析結果是可靠的，表一是半定量分析軟件UniQuant的一個典型分析結果(3)。

表一. UniQuant軟件分析Nim花崗巖中的主次量元素

元素	確認值	UniQuant	元素	確認值	UniQuant
SiO₂(%)	75.7	74.5	Mn(ppm)	160	210
Al₂O₃(%)	12.08	11.6	Nb(ppm)	53	110
Fe₂O₃(%)	2.00	2.4	Pb(ppm)	40	<
CaO(%)	0.78	0.95	Rb(ppm)	325	470
Na₂O(%)	3.36	3.7	Th(ppm)	52	<
K₂O(%)	4.99	5.7	Ti(ppm)	540	980
F(%)	0.42	(0.57)	Y(ppm)	147	230
MgO(%)	(0.06)	0.06	Zn(ppm)	50	<
BaO(ppm)	(120)	110	Zr(ppm)	300	540
Ce(ppm)	198	220

3. X射線熒光光譜儀主要技術性能指標及規格比較
目前順序式波長色散X射線熒光光譜儀的生產廠家主要有五家:荷蘭的菲利浦公司(Philips)、德國布魯克(Bruker)公司下屬的AXS公司、美國熱電公司下屬的ARL公司(瑞士)、日本的理學公司、日本的島津公司。五家公司的最新型號的X射線熒光光譜儀如下：Philips公司于97年4月推出了PW2404，AXS公司98年推出SRS3400，ARL公司的最新型號為ARL9400，理學公司的最新型號為RIX3100，島津公司最新型號為XRF-1700。這幾種最新型號的X射線熒光光譜儀的主要技術性能指標及規格比較見表二。

參考文獻
1. S. Uhlig,M.Peter,王莉莉，冶金分析，No 2,Vol 13 ,1993,45-48
2. ARL公司，XRF光譜儀應用報告，No201～No209
3. ARL公司，WD XRF軟件介紹