X射線熒光(以下簡稱XRF)光譜法基本原理是當物質中的原子受到適當的高能輻射的激發后,放射出該原子所具有的特征X射線,根據該元素的特征X射線進行定性和定量分析的一種方法。XRF具有分析速度快、樣品前處理簡單、可分析元素范圍廣、譜線簡單,光譜干擾少等優點;其不足之處是只能進行元素分析,不能作價態和化合物分析,分析結果會受到基體的干擾。
XRF主要由光源、色散元件、探測器、數據處理等部分組成。目前,XRF的主要類型有波長色散型XRF和能量色散型XRF。
波長色散型XRF誕生于上個世紀五十年代,具有高分辨率、高靈敏度、可測定元素范圍寬等特點;波長色散XRF由于配備了分光系統,因此體積較大、價格昂貴、需作周期性漂移校正、對操作人員要求高。上世紀六十年代初,隨著半導體探測器件的發明,使得第一臺能量色散型XRF問世。能量色散XRF雖然在分辨率、靈敏度等方面要比波長色散型XRF低,但是因其體積小、結構簡單、價格便宜、分析速度快、系統穩定性高、工作曲線可長時間使用等優點迅速得到普及,另外手持式能量色散XRF還可以在野外和工廠現場對礦石和金屬材料進行快速篩選。
XRF已經成為一門成熟的成分分析技術,在冶金、地質、建材、石油、生物、環境等領域均有廣泛的應用;XRF可測量元素周期表中F~U的所有元素,一些較先進的X射線熒光分析儀器還可測定鈹、硼、碳等超輕元素。
國外能散型XRF供應商主要有賽默飛世爾科技、牛津、布魯克、伊諾斯、島津、伊達克斯、帕納科、斯派克、精工盈司、HORIBA、日本電子、日本理學等,國內供應商主要有江蘇天瑞、天津市博智偉業、北京京國藝、深圳市華唯計量、普析通用等。
波散型XRF的主要供應商有賽默飛世爾科技、島津、布魯克、牛津、帕納科、日本理學、天瑞儀器、丹東通達、美國Cianflone、俄羅斯對外電子公司等。
XRF激發樣品的光源主要包括具有各種功率的X射線管、放射性核素源、質子和同步輻射光源。波長色散X射線熒光光譜儀所用的激發源是不同功率的X射線管,功率可達4~4.5kW,類型有側窗、端窗、透射靶和復合靶。能量色散X射線熒光光譜儀用的激發源有小功率的X射線管,功率從4~1600W,靶型有側窗和端窗。靶材主要有Rh、Cr、W、Au、Mo、Cu、Ag等,并廣泛使用二次靶?,F場和便攜式譜儀則主要用放射性核素源。
依分辨率從低至高XRF常用的探測器有NaI晶體閃爍計數器,充氣(He, Ne, Ar, Kr, Xe等)正比計數管器、HgI2晶體探測器、半導體致冷Si PIN 探測器、高純硅晶體探測器、高純鍺晶體探測器、電致冷或液氮致冷Si(Li)鋰漂移硅晶體探測器、Ge(Li)鋰漂移鍺探測器等。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、Si PIN 探測器、高純硅晶體探測器。探測器的性能主要體現在對熒光探測的檢出限、分辨率、探測能量范圍的大小等方面。
2012年上半年,已經有4家廠商推出XRF光譜儀新品,1家公司推出硅漂移探測器。詳情如下:
上左:SEA1000AII能量色散型X射線熒光分析儀,上右:PORT-X100型手持式能量色散X熒光光譜儀;
下左:DM8000型X熒光光譜儀,下右:X-Strata920 X射線熒光 (XRF) 鍍層測厚分析儀
日本精工SEA1000AII能量色散型X射線熒光分析儀
SEA1000AII能量色散型X射線熒光分析儀采用新式小型空冷式X光管,可做低電壓(15 kV)、中電壓(31 kV)、高電壓(50kV)二段自動控制,電流可以從0~1000μA,樣品需求作最佳化的自動輸出強度調整,全自動省卻人為調整所會造成的不準確度。
SEA1000AII能量色散型X射線熒光分析儀采用硅半導體探測器,25mm2大探測面積,靈敏度及準確度是一般探測器的五倍。無需液態氮的成本,更加方便。配備有CCD監視器,監測樣品分析位置,可將樣品做局部放大,作準確定位及分析,同時能儲存分析點之影像,連同測試報告一起輸出,方便測試資料結果之管理。
該款產品針對RoHS和WEEE指令開發設計,對鉛、鎘等有害金屬可進行ppm級的分析。
牛津儀器X-Strata920 X射線熒光 (XRF) 鍍層測厚分析儀
2012年2月,牛津儀器推出了X-Strata920 X射線熒光 (XRF) 鍍層測厚分析儀。X-Strata920結合了大面積正比計數探測器和牛津儀器微聚焦X射線光管,使X射線光束強度大、斑點小,樣品激發更佳,確保同級別中精確性最好,分析結果只需要幾秒鐘,從而獲得更有效的過程控制和性價比。
X-Strata920 在工業領域如電子行業、五金電鍍行業、金屬合金行業及貴金屬分析行業表現出卓越的分析能力,可進行多鍍層厚度的測量。
鋼研納克檢測技術有限公司PORT-X100型手持式能量色散X熒光光譜儀
鋼研納克檢測技術有限公司是中國鋼研科技集團有限公司的全資子公司,具有深厚的鋼鐵研究及分析背景。據介紹,2012年推出的針對鋼鐵及地質行業的具有完全知識產權的PORT-X100型手持式能量色散X熒光光譜儀在“第十屆中國國際科學儀器及實驗室裝備展覽會(CISILE 2012)”上展出,該儀器采用SDD探測器,操作系統為Windows Mobile 6.1,自帶導航和專用測試軟件,軟件具有定量分析、牌號識別、質量判定及譜圖顯示等功能,操作方便,可以實現無損檢測,安全性能高。
上海愛斯特DM8000型X熒光光譜儀
DM8000型X熒光光譜儀采用波長色散X射線熒光分析技術(WDXRF),多道同時測量從Na到U的任意十種元素,對大多數元素分析的含量可低至ppm高至100%。DM8000型X熒光光譜儀X射線管采用Varian公司生產的400W薄鈹端窗X射線管,Na、Mg等輕元素道探測器窗采用Moxtek公司生產的0.6μm超薄聚酯窗,恒溫室溫度控制精度小于0.1℃,流氣系統采用高精度流氣密度穩定裝置,壓力穩定度小于3Pa,由此使光譜儀具有極高的精度和準確度,達到國際先進水平。DM8000型X熒光光譜儀屏蔽防護的良好設計保證無任何射線泄漏,滿足輻射豁免要求。
DM8000型X熒光光譜儀是為水泥行業專門開發的,其性能對水泥行業來說比進口同類產品更好,而價格僅為進口同類產品的幾分之一,具有無可比擬的價格性能比。
美國EDAX最新硅漂移探測器
X射線熒光分析儀(XRF)領先制造商美國EDAX公司于美國時間7月4日宣布,其最新推出的硅漂移探測器在高計數率下擁有高分辨率光譜采集能力。據悉,這個50平方毫米的硅漂移探測器在檢測信號極弱條件下的應用程序中,其收集光譜數據與30平方毫米SOD相比,時間上減少了一半。而在檢測信號飽和的應用程序下,比如鐵基合金的測量,由于其X射線光管電流因使用壽命考慮會減少,EDAX最新的探測器在這種條件下仍是極具效益的。
據EDAX公司產品技術經理表示,公司對于這款新品的性能非常滿意,它在數據采集速度和測量精度上做出了重大的進步。這款新品的用途相當廣泛,它極適合于那些需要對小碎片;墨跡紙、生物樣品這樣的薄底物涂料;以及使用更重過濾器提高微量元素分析靈敏性的用戶使用。
另據了解,EDAX是全球領先電子儀器和機電設備制造商AMETEK公司的材料分析單元分支。EDAX是公認的能量色散微量分析、電子散射衍射和X射線熒光儀器的領導者。它的產品主要在半導體、金屬、地質、制藥、生物材料、陶瓷市場上發揮重要作用。