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XF-8100：水泥建材行业高性价比WDXRF新星

2013.6.28

——访XF-8100型波长色散X荧光光谱仪首席专家白友兆博士

　　【导语】中国水泥产量已占到全球60％左右, 水泥生产中，普遍使用X荧光光谱仪（XRF）进行生产监控和质量管理。虽然能量色散XRF（EDXRF）和波长色散XRF（WDXRF）都被广泛使用，但随着企业规模的扩大，通常会选择WDXRF，因其分析速度快、准确度高、可实现水泥从原料到成品的全分析，更有效地满足水泥生产的质量要求。WDXRF市场主要被进口仪器控制，但进口WDXRF价格高、备件和维修费用昂贵、备件到货周期长，给我国大中型水泥企业的正常生产带来了影响，也使更多中小型企业望而却步，难以快速进行产品质量升级。2013年第十四届中国国际水泥展上，北京东西分析仪器有限公司推出我国第二代WDXRF新品——XF-8100型波长色散X射线荧光光谱仪，受到业界关注。分析测试百科网采访了仪器研发首席专家白友兆博士，他将为我们揭秘XF-8100的优势和研发历程，希望为更多关注WDXRF及其应用的网友带来帮助……

XF-8100型光谱仪研发首席专家白友兆博士

水泥建材等行业为什么需要波长色散型XRF

　　在水泥、玻璃、陶瓷、钢铁、有色金属、矿产等领域，为了满足工业过程监控和产品质量控制的要求，需要对化学成份进行快速而准确的分析。例如，在现代化的水泥生产企业中，需要对原材料（如石灰石、沙土、矾土、菱镁矿和其他矿物）、燃料、生料、熟料及水泥成品的化学成份进行分析，主要分析成份为CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, SO3, K2O, Na2O等常规元素氧化物，以确保水泥生产的质量要求。X射线荧光分析技术具有分析速度快、检测元素广、分析精确度高、样品制备简单迅速、操作方便等优点，正好满足对化学成份快速、准确分析的要求，是工业过程监控和产品质量控制领域中最重要的成份分析仪器。X射线荧光光谱仪分为两种类型：波长色散型X射线荧光光谱仪（WDXRF）和能量色散型X射线荧光光谱仪（EDXRF）。

　　WDXRF最主要的优点是有良好的分辨率，定量准确度好，元素分析范围广，稳定性能好。其缺点是，具有非常复杂的晶体分光结构（扫描型荧光仪还需要复杂的精密测角部件），造成了其仪器体积过于庞大，价格昂贵，对环境的要求高，操作及维护工作也相对比较复杂。EDXRF具有体积小，功耗低，价格便宜，操作简单，易于维护等优点。其缺点是背景影响大、解谱难度高、准确度不高，重复性差，Na,Mg等轻元素分析很困难。

　　这两种XRF在水泥工业分析中都有应用，EDXRF以个别主要元素分析为主，如钙铁仪、多元素分析仪，一般用于生产过程控制分析；WDXRF则可实现全分析，在相当大程度上等同或替代化学分析。

　　在小型水泥企业，受自身财力影响，主要使用的是EDXRF，包括大量的钙铁分析仪。而大中型企业，主要配置的是WDXRF，分析速度快，准确度高，有效满足了水泥生产的质量要求。目前，WDXRF市场主要被进口仪器控制，但进口WDXRF价格高、备件和维修费用昂贵、备件到货周期长，给我国大中型水泥企业的正常生产带来了严重的影响，也使更多中小型企业望而却步，难以快速进行产品质量升级。

　　据白友兆博士介绍，东西分析仪器最新推出的XF-8100型WDXRF，整合了国内外的技术优势，是全面创新的国产第二代WDXRF商品仪器，达到了国内领先、国际先进的水平。与同类产品相比，具有光程短、稳定性好、精度高、性价比高、使用维护简单、维修便宜、备件到货快等特点，预期可满足更多国内水泥建材等行业用户的需求。下面，白博士将为我们详解XF-8100的技术特点和优势。

多道固定型WDXRF 稳定可靠维护成本低

　　波长色散型荧光光谱仪（WDXRF），分为多道固定型、单道扫描型两种，一般由光源（X-射线管）、样品室、分光晶体和检测系统等组成。相比单道扫描型，多道固定型不需要精密的运动部件，可靠性易保证，技术难度和维护成本低，因此被更多的企业、检测机构所选择。XRF-8100型光谱仪属于多道固定型，采用了一系列独创技术，在光路系统、多道脉冲高度分析器、控温系统、软件系统等关键技术上，作了实质性的改进。

　　XF-8100主要技术指标达到了JJG810-1993《波长色散X射线荧光光谱仪检定规程》中为国外进口仪器制定的代表国际先进水平的A级仪器标准，分析性能满足GB/T 1176-2008《水泥化学分析方法》中的要求，是目前国产波长色散型荧光光谱仪的最高水平。

XF-8100型波长色散X荧光光谱仪

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XF-8100 WDXRF的六大技术优势

　　1、全球最短光程的WDXRF 具有更高分辨率和精度

　　X射线由X-射线管产生，照射到样品上，样品发出X荧光经分光晶体后，在计数管上被检测到；计数管探测效率与光程长短的平方成反比，光程越短越好。XF-8100采用了独创的光路部件，缩短了X荧光光路的光程，在国内外同类仪器中光程最短，使各个元素的X射线强度大大提高，仪器分辨率和精度大大提高。

XF-8100 X光路示意图

　　谈到此，白博士还介绍了该技术的研发背景：“小功率多固定道WDXRF的一个技术关键是：如何在小功率情况下提高各元素道的X荧光计数率，从而在实质上提高各元素的分析精度。XF-8100在关键光路部件上作了改进，先后取得了一个发明ZL和三个实用新型ZL，从而在此关键问题上取得了突破。”

　　2、国际首创的高计数率、高线性MCA：提高精度增强稳定性

　　XF-8100研发成功独创的数字整形高速MCA(多道脉冲高度分析器)电路，大幅提高了检测电路允许的最高计数率和扩展了计数率线性范围，属国际首创。该独创MCA与短光程高效光路结合，大幅提高各元素特征X射线的谱峰强度，从而显著提高了各成分的分析精度。此外利用MCA实时采集谱峰的特点，不仅大大方便了仪器的调整，而且有利于提高仪器的稳定性。

　　白博士也介绍了该技术的研发背景：“虽然光路效率提高了，但关键电路部件——多道脉冲高度分析器（以下简称多路MCA）的市售产品速度跟不上，大大限制了各元素道X荧光计数率的提高。经过团队多次讨论和反复试验，我们完全自主地研发成功了数字MCA电路，解决了这一难题。”

　　下图将传统MCA与XF-8100上使用的新型数字整形MCA做了对比，分析其管流和计数率的线性关系，发现当计数率增加到10万时，传统MCA线性关系已经分离，XF-8100 MCA在12万时才开始分离，线性关系保持良好。