X射线荧光光谱仪的阶段进展

上一篇 / 下一篇 2010-02-18 19:32:47/ 个人分类：XRF

10年以前的文章，可能有点过时，权当参考吧，o(∩_∩)o...

介绍目前波长色散型X射线荧光光谱仪(XRF)的发展状况，并列表比较世界上一些仪器制造公司最新型号的X射线荧光光谱仪的主要技术性能指标。
关键词 X射线荧光光谱仪

X射线荧光光谱分析是一种发射光谱分析技术，应用于各种材料的元素测定，根据不同应用要求，其分析浓度范围可从0.1ppm到100%。具有测定元素范围广、测定精度高、分析速度快、非破坏性分析等特点。

1 目前X射线荧光光谱仪的发展状况

1.1 XRF的分类
XRF根据其分光方式分为波长色散型和能量色散型X射线荧光光谱仪。波长色散X射线荧光光谱仪又分为顺序式X射线荧光光谱仪,即单道XRF;同时式X射线荧光光谱仪,即多道XRF。多道XRF分析速度快,但价格贵,适用于生产厂矿。对于科研单位和商检系统一般配备顺序式波长色散X射线荧光光谱仪。

2.顺序式X射线荧光光谱仪的最新特点

2.1 分析元素的范围扩大、灵敏度提高
随着人工合成多层膜晶体的开发应用，使得轻元素铍、硼、碳、氮、氧等的分析成为可能。这类晶体是由低原子序数和高原子序数物质以纳米级厚度交替叠积而成，其层间厚度可以人工控制，如OVO-B晶体的间距为20纳米，适用于硼和铍的分析。配备合适的晶体，现代XRF仪可测4Be(铍)～92U(铀)。
由于X射线管的功率增大,铍窗减薄,X射线管与样品的距离缩短,轻元素分析配备了超粗准直器，降低了元素的检出限。新型的XRF仪对青铜中铍的检出限低于0.2%，玻璃中硼的检出限低于200 μg/g，钢中碳的检出限为122μg/g （1），一般中重元素的分析范围为ppm至100%（2）。

2.2 精密度和准确度有较大改善
新型号仪器的高压发生器的电压与电流的波动控制在0.0005%以下（外电源波动1%）；测角仪由于采用了莫尔条纹和直接光学位置传感器等新技术，使得测角仪的角度重现性优于0.001°，甚至达到0.0001°；在计数电路中，采用多道分析器，同时使用两个脉冲高度分析窗口，能更有效地扣除高次线和晶体荧光的干扰，另外峰漂移校正、计数漏计校正、死时间校正等技术的改进，使计数器的最大线性计数大于1000Kcps，比八十年代的计数器高了一个数量级，因而元素的测量校正曲线的线性范围扩大；光谱室的温度稳定技术改进，提高了对温度敏感的晶体的峰位测量准确性。由于以上几个因素，仪器的测量精密度与准确度有较大改善。

2.3 多功能和小型化
在新一代仪器中，顺序式仪器除了扫描道外可设置固定分析道，以加快分析速度。某些型号的X射线荧光光谱仪中设有X射线衍射（XRD）分析通道，可进行材料的相分析，如ARL公司的ARL8600S型仪器。另外，新型号的X射线荧光光谱仪比80年代仪器在体积上约小二分之一。

2.4 计算机软硬件的发展
   由于计算机技术的迅速发展，仪器中计算机硬件和软件都有很大改进。首先硬件从八十年代庞大的Digital PDP11小型机变成操作和维护都方便的PC机，费用也大大降低。软件从指令性软件变为窗口软件，界面友好，用户使用方便，至Windows95推出以来，许多软件都在Windows95环境下运行，功能更为强大。
   随着仪器的不断完善，现代XRF分析技术的分析误差主要来源于基体效应和样品制备。新型号的仪器中除采用传统的经验系数法软件校正基体效应外，理论a系数和基本参数法定量分析软件的应用也日益增长，使得分析样品中的基体校正的准确性不断提高。
   软件的另一个重要发展是半定量分析软件的推出，这一软件对于分析样品繁杂而又缺少合适标准样品的分析非常适用，未知样品在无标准样品作参照的情况下只要15分钟就能得出约70种元素的半定量分析值。一般来说，对于较重基体中含量50～200ppm以上，轻基体中含量5～10ppm以上的大部分元素，半定量的分析结果是可靠的，表一是半定量分析软件UniQuant的一个典型分析结果(3)。

表一. UniQuant软件分析Nim花岗岩中的主次量元素

元素	确认值	UniQuant	元素	确认值	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射线荧光光谱仪主要技术性能指标及规格比较
目前顺序式波长色散X射线荧光光谱仪的生产厂家主要有五家:荷兰的菲利浦公司(Philips)、德国布鲁克(Bruker)公司下属的AXS公司、美国热电公司下属的ARL公司(瑞士)、日本的理学公司、日本的岛津公司。五家公司的最新型号的X射线荧光光谱仪如下：Philips公司于97年4月推出了PW2404，AXS公司98年推出SRS3400，ARL公司的最新型号为ARL9400，理学公司的最新型号为RIX3100，岛津公司最新型号为XRF-1700。这几种最新型号的X射线荧光光谱仪的主要技术性能指标及规格比较见表二。

参考文献
1. S. Uhlig,M.Peter,王莉莉，冶金分析，No 2,Vol 13 ,1993,45-48
2. ARL公司，XRF光谱仪应用报告，No201～No209
3. ARL公司，WD XRF软件介绍