X荧光分析仪历程介绍

自1895 年德国物理学家伦琴（Renten W C)发现了 X 射线。1896年法国物理学家乔治(G eorgs S)发现了X 射线荧光，1948年弗利德曼(Friedm an H )和伯克斯(]3irks L S)首先研制了第一台商品性的波长色散 X 射线荧光光谱仪以来，X 射线荧光光谱分析技术发展迅速。 尤其是 2O 世纪 9O 年代以来。随着电子技术和计算机的飞速发展，x 射线荧光光谱仪和X 射线荧光分析技术及其计算机软件的不断开发，X 射线荧光光谱仪现已由单一的波长色散 X 射线荧光光谱仪发展成拥有波长色散、能量色散、电子探针、全反射、同步辐射和质子 X 射线光谱仪等一大家族。

X荧光分析仪国产化之路

我国X射线荧光光谱分析技术的建立始于20世纪50年代末和60年代初，80、90年代，我国学者为满足生产和科研工作的需要，引进了众多的一流X射线荧光光谱仪，制定了大量行之有效的试样分析方法，国内外学术交流不断增多，有利地推动了我国X荧光光谱分析的发展。

仪器国产化，也是各方关注的问题，早在1959年中科院地质研究所曾试制成功第一代单光路的平面晶体X射线荧光光谱仪。从1971年起，上海电子光学研究所等单位先后研制了两种类型多道X射线荧光光谱仪。一是DXY1~DXY3等三种型号的全真空多光路X射线荧光分析仪，另一种是多光路全聚焦式X射线荧光分析仪。

在能量色散X射线荧光光谱仪方面，中国科学院上海原子核研究所研制生产了探测器和高压电源包括ADC等核电子器件，丹东生产了多种阳极材料（Cu、Ag、Rh、Cr等）小功率X射线管，中国原子能研究院生产了多种放射性核素源。这些产品为我国能量色散X射线荧光光谱仪的奠定了物质化基础。发展到90年代，我国已经多家制造能量色散的X射线荧光光谱仪的厂商，但是仪器在整体性能方面与国外产品相比，仍有较大差距，主要原因是当时的像探测器这类关键部件水平依然停留在较低水平。

进入21世纪后，无论是波长色散 X 射线荧光光谱仪还是能量色散 X 射线荧光光谱仪都取得了非常大的进步，谱仪测量技术的进展主要体现在以下几个方面。

1、数据处理系统智能化

1)软件智能化：窗式软件的使用，将仪器的工作状态实时地显示得一清二楚。在显示器上可直接显示 X 射线管管流和管压、现用晶体名称和何种准直器、样品分析室的压力和真空度等测量条件和参数。

2)汇编分析程序智能化：现代的分析软件包能自动进行汇编分析程序，操作者只要从仪器显示的元素周期中输入所要分析的元素，分析程序就会自动设定分析元素所需的最佳的测量条件和参数(如 X 射线管管流和管压、使用晶体和准直器等)。当然，操作者认为有必要，也可修改汇编参数。

3)基体效应校正的智能化：基体效应又叫吸收一增强效应，它一直是 X 射线荧光分析工作者一个非常头痛的问题。现代智能化的分析软件包已包括了多种数学校正模式，可进行多种情况的基体效应校正，应用这些数学校正模式，可获得准确的分析结果。

4)无标定量分析：无标定量分析即半定量分析。近年来，随着计算机技术的广泛应用和 X射线荧光分析技术的不断完善，以及对样品形状、大小、不同元素的相互作用等诸多物理参数(如质量吸收系数、光谱分布、激发因子等)的积累和多种数学校正模式的综合利用，进行样品分析时，并不要求测试每个样品时必须配置相应的标样，只要在进行仪器刻度时使用一套标样，即可对各种样品进行半定量分析，而且测试结果的准确度也是比较高的。测量未知样品时，只要进行 lOmin 左右测量就能得出约 7O 种元素的半定量分析值。一般来说，对于重元素基体中含量为(5～20)×i0 以上，轻元素基体中含量为(5～10)×10 以上的大部分元素，半定量的分析结果是较为可靠的。

2、电子元件的大规模集成化和功能化在现代 X 射线荧光光谱仪的分析数据处理系统中，早已由大规模集成化元件取代了单一功能的分列电子元件，并出现一个元件就包含了一个较为复杂电路的功能化元件。使整个电路系统变得非常简单清晰。

3、功能部件的小型化和一体化随着电子元件的集成化和功能化，现代 X射线光光谱仪的各部件也不断小型化，向机体一体化发展。谱仪系统由复杂、笨重向小型、轻便过度，手持智能光谱仪技术逐渐成熟。在国家科技部的支持下，由天瑞仪器承担的2009年省科技成果转化专项资金：“手持智能化能量色散X射线荧光光谱仪开发及产业化”项目已经顺利完成。项目期间，天瑞延伸开发了系列产品，手持智能光谱仪实现了规模化生产。

4、谱仪的多功能化

随着科研工作的不断深入，测量中不仅要准确知道样品中元素的含量，而且还想了解各元素在亚微区的分布情况及元素的存在状态。因此，就产生出了 x 射线荧光与 X 射线衍射联用、带微区扫描分析的 x 射线荧光光谱仪，将被测物件中各元素含量分布以三维图像显示出来。

5、样品更换 自动化

现代 X 射线荧光谱仪，无论是波长色散 X射线荧光光谱仪还是能量色散 X 射线荧光光谱仪均配置了样品自动更换器。它采用条形码 自动识别技术，用磁抓或真空吸盘装置，自动更换样品，完成全部设定样品的测量。在一次分析中，最多可完成近百个样品的自动更换和测量。

6、谱仪的调试和维修远程化过去，谱仪运行一定时间后的调试和仪器故障的诊断、维修长期困扰着用户。现在对于谱仪的众多参数的调节可全由计算机控制，仪器故障的诊断大多由计算机来完成，而且可通过通信网络直接与仪器制造公司的维修部门联系，由维修工程师进行仪器故障的远程诊断和直接的远程操作与调试。其调试过程与现场操作几乎相同。 2100433B

X荧光分析仪工作原理

荧光，顾名思义就是在光的照射下发出的光。

从原子物理学的知识我们知道，对每一种化学元素的原子来说，都有其特定的能级结构，其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，内层电子在足够能量的X射线照射下脱离原子核的束缚，成为自由电子，我们说原子被激发了，处于激发态，这时，其他的外层电子便会填补这一空位，也就是所谓跃迁，同时以发出X射线的形式放出能量。由于每一种元素的原子能级结构都是特定的，它被激发后跃迁时放出的X射线的能量也是特定的，称之为特征X射线。通过测定特征X射线的能量，便可以确定相应元素的存在，而特征X射线的强弱（或者说X射线光子的多少）则代表该元素的含量。

量子力学知识告诉我们，X 射线具有波粒二象性，既可以看作粒子，也可以看作电磁波。看作粒子时的能量和看作电磁波时的波长有着一一对应关系。这就是著名的普朗克公式：E=hc/λ。显然，无论是测定能量，还是波长，都可以实现对相应元素的分析，其效果是完全一样的

X荧光分析仪仪器特点

原装进口电制冷探测器，可以快速分析从11Na到92U之间的全部元素，精度高、测量时间短，它可以广泛用于有色矿山、钢铁、水泥、耐火材料、不锈钢、合金等领域

特点：

1. 同时分析元素周期表中由钠（Na）到铀（U）之间的全部元素；

2．可检测固体﹑液体﹑粉末，不需要复杂的制样过程；

3．分析测量动态范围宽，

SiO2 ≤0.04% AL2O3 ≤0.04%

Fe2O3 ≤0.04% CaO ≤0.04%

MgO ≤0.04% SO3 ≤0.04%

K2O ≤0.04% Na2O ≤0.04%

TiO2 ≤0.01% Cl- ≤0.001%

|KH| ≤0.01 |SM| ≤0.1 |AM| ≤0.1

4．采用原装进口国际最先进的探测器，它具有高分辨率、高计数率的特点，使测量时间短，1分钟内可以得到满意的结果；

5．采用原装进口信号处理线路，处理速度快，精度高，稳定可靠；

6．X光管采用高压激发，激发与测试条件采用计算机软件数码控制与显示；

7．探测器无需液氮保护，可以方便地应用到各个地方各个领域；

8．先进的真空自动控制及数字真空检测显示，自动化程度高；

9．具有样品自旋功能，降低样品表面不光洁及条纹的影响，可以应用于各类金属分析行业；

10．仪器装备有彩色液晶显示屏，可以实时监示仪器运行过程中的各个参数；

11．先进的仪器漂移自动修正，确保仪器长期稳定；

12．精确度高，稳定性好，故障率低；

13．采用多层屏蔽保护，辐射安全性可靠；

14． WINDOWS XP中文应用软件，独特先进的分析方法，完备强大的功能，操作简单， 使用方便,分析结果存入标准ACCESS数据库，便于与配料系统联网。

X荧光分析仪仪器结构

1．多功能置样装置

A．样品种类：固体﹑液体﹑粉末﹑镀层。

B．样品托盘：可自动旋转的测量装置。

C．样品室的环境：可选择空气﹑真空﹑氦气。由软件自动控制，无需人工操作。

2. 激发系统

激发系统采用独特的倒置直角光学结构设计。以50KV的低功率X射线发生器作为激发源，从X射线管产生的初级X射线通过滤光片后直接激发样品，通过选择激发条件更能获得最佳的分析结果。由高电压发生器，X射线发生器及数码控制显示系统等电子线路部分构成。

A.高电压发生器：电压与电流采用软件自动数码控制及显示。

X射线稳定度：0.2%/8小时。

电压范围：0V至50kV连续可调。

电流范围：0mA至1mA连续可调。

B. X射线发生器：采用韧致辐射型﹑低功率﹑自然冷却﹑高寿命的X光管，并根据实际应用需要选择靶材。对轻元素Na、Mg、Al、Si、S等具有高激发效率。

3．X射线探测系统

国际领先的X射线探测系统,电制冷高分辨率高计数率探测器：薄窗对Fe 5.9keV的X射线计数率为 1000CPS时的分辨率为140eV。对轻元素Na、Mg、Al、Si、S等具有高灵敏度与分辨率。

4. 高级原装能谱仪电子学系统

原装进口的放大器等信号处理器：适应高分辨率﹑高计数率，具有国际先进水平；自动调整放大倍数，2048道地址；

5．微机分析系统

A．高级名牌商用机；

B．19寸高分辨率彩色液晶显示器；

C. HP激光打印机。

6．软件

A．操作：WINDOS XP操作系统软件，，使用方便。

B．功能：能谱显示，分析元素设置，能量刻度，X光管高压、电流自动控制，样品盘自动旋转控制，自动真空控制，与其它计算机通讯，标准数据库结果存放；

C．分析方法：线性拟合，二次曲线，强度校正，含量校正，基本参数方法。

D．仪器的漂移自动修正：保证仪器的分析结果长期稳定。

7. 电源

220V 50HZ 交流电

8. 仪器的安全性：本仪器的放射性安全指标完全符合国家标准,在仪器外壳5cm处的剂量小于5μSv/h。

9. 本仪器对水泥生料含量的重复测量精度

S(Al)

S(Si)

X荧光分析仪应用领域

钢铁行业：生铁、炉渣、矿石、烧结矿、球团矿、铁精粉、铁矿石等。

水泥行业：生料、熟料、水泥、原材料等。

耐火材料:主要包括高硅质的粘土类、高铝质的矾土类、高镁质的镁砂类、高铬质类、各类刚玉等耐火材料。

有色行业：铝厂各类样品、铅锌矿、铜矿、锡矿、银矿、钼矿等。

电气电子产品行业：针对ROHS六种有害物质检测，主要包括：白家电，如电冰箱、洗衣机、微波炉、空调、吸尘器、热水器等；黑家电，如音频、视频产品、DVD、CD、电视接收机、IT产品、数码产品、通信产品等；电动工具，电动电子玩具、医疗电气设备等。

食品行业：食品中重金属浓度分析。

考古学：古物年代鉴定。

艺术品修复：颜料中金属成分分析。

不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同，因此通过对X射线的能量或者波长的测量即可知道它是何种元素发出的，进行元素的定性分析。同时样品受激发后发射某一元素的特征X射线强度跟这元素在样品中的含量有关，因此测出它的强度就能进行元素的定量分析。

因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型：波长色散型（WDEXRF）和能量色散型（EDXRF）。

为了满足现代企业管理和生产要求，必须对生产过程中的原材料的化学成分进行及时、准确的分析和控制，传统的化学分析方法已经不能完全满足生产过程的需要。目前众多新型冶炼企业为了达到良好的质量控制指标，大都配备了相应的分析仪。由于化学分析方法分析速度的限制，实际上，采用化学分析方法对于生产过程来说只有事后监测的意义，而没有控制意义，往往是当我们发现某个控制环节有问题时，已经造成了严重的后果，给工厂带来了很大的损失。

1、在测定微量成分时，由于X射线管的连续X射线所产生的散射线会产生较大的背景，致使目标峰的观测比较困难。为了降低或消除背景和特征谱线等的散射X射线对高灵敏度分析的影响，此荧光分析仪配置了4种可自动切换的滤光片，有效地降低了背景和散射X射线的干扰，调整出最具感度的辐射，进一步提高了S/N的比值，从而可以进行更高灵敏度的微量分析。

2、X射线管的连续X射线所产生的散射线会产生较大的背景，软件可自动过滤背景对分析结果的干扰，

从而能确保对任何塑料样品的进行快速准确的分析。

3、当某些元素的电子由高等级向低等级跃迁时释放的能量相近，会使此时谱图的波峰重叠在一起，由

此产生了重叠峰。SCIENSCOPE自行开发的软件自动剥离重叠峰，确保了元素分析的正确性。

4、逃逸峰：由于采用的是Si针半导体探测器，因此当X射线荧光在通过探测器的时候，如果某种元素

的含量较高或者能量较高，其被Si吸收的概率也就越大。此时，光谱图中在该元素的能量值减去Si能量值的地方回产生一个峰，此峰即为逃逸峰。

5、在电压不稳的情况下，可对扫描谱图的漂移进行自动追踪补偿。