速報！波長(cháng)色散X射線(xiàn)熒光光譜儀的新進(jìn)展

X射線(xiàn)熒光光譜分析在20世紀80年代初已是一種成熟的分析方法，是實(shí)驗室、現場(chǎng)分析主、次量和痕量元素的方法之一。X射線(xiàn)熒光光譜儀（XRF）是利用原級X射線(xiàn)或其他光子源激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光（次級X射線(xiàn)），從而進(jìn)行物質(zhì)成分分析的儀器。X射線(xiàn)熒光光譜儀又稱(chēng)XRF光譜儀，有波長(cháng)色散型和能量色散型兩種，適用于測定鈹（Be）以上的化學(xué)元素的含量。它的優(yōu)點(diǎn)是不破壞樣品，分析速度快，分析精度高，樣品制備簡(jiǎn)單。X射線(xiàn)熒光光譜儀還可以用于微區分析及確定分層和涂層的厚度和成分。

X-射線(xiàn)與物質(zhì)的交換

XRF熒光光譜儀是可以對任何種類(lèi)的樣品進(jìn)行元素分析的分析技術(shù)，無(wú)論分析的樣品是液體、固體、漿料還是粉末。它是一種可靠的技術(shù)，結合了高精度和準確性以及簡(jiǎn)便、快速的樣品制備等優(yōu)點(diǎn)?？梢栽谝髮?shí)現高處理量的工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)完成使用準備，并且提供定性和定量的樣品相關(guān)信息。

XRF熒光譜儀系統通常分為兩大類(lèi)：波長(cháng)色散型（WDXRF）和能量色散型（EDXRF）。

EDXRF熒光光譜儀，一般由光源（X-線(xiàn)管）、樣品室及檢測系統等組成，與波長(cháng)色散型熒光光儀的區別在于他不用分光晶體及精密運動(dòng)裝置（測角儀）。

EDXRF熒光光譜儀光源

EDXRF光譜儀的特點(diǎn)：

儀器結構簡(jiǎn)單小巧，省略了精密運動(dòng)裝置
沒(méi)有分光晶體
X射線(xiàn)管功率低（一般＜50W）
無(wú)需昂貴的高壓發(fā)生器和冷卻系統（空氣冷卻即可）
可同時(shí)執行元素分析

優(yōu)點(diǎn)在于X射線(xiàn)利用率高，可同時(shí)檢測多元素，價(jià)格低；
缺點(diǎn)是靈敏度低、分辨率低、檢出限高（相對于WDXRF）。

WDXRF一般由光源（X-射線(xiàn)管）、樣品室、分光晶體和檢測系統等組成。它可以分析從鈹（Be）到鈾（U）的各種元素，濃度范圍從100%到低至亞ppm級。

WDXRF一般由光源（X-射線(xiàn)管）

WDXRF以其*的準確度、精密度和可靠性著(zhù)稱(chēng)。這種強大的分析技術(shù)，使其可用于所有形式的工業(yè)應用，包括：水泥生產(chǎn)、玻璃生產(chǎn)、采礦、選礦、鋼鐵及有色金屬、石油和石化、聚合物及相關(guān)行業(yè)、制藥、保健產(chǎn)品和環(huán)保等。

WDXRF光譜儀中，X射線(xiàn)光管用作直接照射樣品的光源，并且使用波長(cháng)色散式檢測系統來(lái)測量樣品發(fā)出的熒光。分光晶體根據波長(cháng)（而不是能量）來(lái)分離X射線(xiàn)，可用于識別每種不同元素發(fā)出的特征輻射。此類(lèi)分析可以通過(guò)逐一（依次）測量不同波長(cháng)的X射線(xiàn)強度來(lái)完成，或者在固定位置同時(shí)測量所有不同波長(cháng)的X射線(xiàn)強度。X射線(xiàn)管需要高功率，需要專(zhuān)門(mén)的冷卻裝置（水冷或油冷），需要分光晶體及測角儀，因此波譜儀的價(jià)格往往比能譜儀高。

WDXRF光譜測定的優(yōu)勢：

•高分辨率，特別適用于輕重元素

•低探測限制，特別適用于輕重元素

•穩定的分析

•高處理量

WDXRF一般分為順序掃描型和多道同時(shí)型（固定道）

掃描道波長(cháng)色散X射線(xiàn)熒光光譜儀

波長(cháng)色散型的儀器發(fā)展現在，掃描道與固定道交替發(fā)展，其優(yōu)缺點(diǎn)也是互相印證的：

對于掃面型儀器：

1，分析元素的數量不受限制，除了輕的幾個(gè)元素外幾乎可以作全元素分析，這是優(yōu)點(diǎn)。由于元素是分時(shí)測量的，測量總時(shí)間是每個(gè)元素的測試時(shí)間之和，為了保證每個(gè)元素要很短時(shí)間測完并達到計數率要求，大功率X光管和高速熒光信號處理就是必須的。大功率X光管和高壓電源的使用，是技術(shù)能力的體現，當然也是問(wèn)題多發(fā)點(diǎn)所在，維護成本很高。

2，高精度測角儀是單通道掃描式儀器的技術(shù)核心之一，對于復雜的應用幾乎是必須的。對于特定的應用有些浪費。

對于固定道儀器：

1，各個(gè)通道同時(shí)工作，這樣測試時(shí)間就可以設定為難滿(mǎn)足精度的元素通道所需的時(shí)間?？倻y定時(shí)間就是這個(gè)時(shí)間，一般幾十秒到2、3百秒。根據這個(gè)時(shí)間，多道同時(shí)式分析儀一般只需要選用小功率X光管（一般幾百瓦）即可滿(mǎn)足對總計數率的要求。小功率X光管和高壓電源及冷卻系統的成本低和壽命長(cháng)，故障率低，維護量小。

2，分光系統無(wú)運動(dòng)部件，計數率精度可以達到很高水平。

3，對信號處理電路要求較低。

4，由于采用多個(gè)通道，每個(gè)通道都需要獨立的分光。，衍射晶體、探測器、放大器和多道脈沖處理器，加起來(lái)成本也還是比較高。通道數量總是要受到結構的限制，不可能很多，這也是多道同時(shí)式分析儀一般少在行業(yè)應用的原因——分析元素的數量有限。

特定用戶(hù)需要根據自己的需求特點(diǎn)選擇合適的WDXRF儀器。

近些年來(lái)，X射線(xiàn)儀器仍然取得了巨大的進(jìn)步，如：全反射X射線(xiàn)熒光光譜儀（TXRF）、聚焦微束X射線(xiàn)熒光光譜儀（μXRF）、偏振X射線(xiàn)熒光光譜儀（EDPXRF）等相繼商品化。

WDXRF光譜儀近年同樣取得了顯著(zhù)的技術(shù)進(jìn)步：

X射線(xiàn)管

1）4KW大功率:4KW薄窗X射線(xiàn)管，對于19K~92U元素范圍的重元素，提高靈敏度30%以上，對于4Be~17Cl元素范圍的輕元素，提高靈敏度70%以上。同時(shí)，4KW薄窗X射線(xiàn)管的冷卻方式的改進(jìn)，以及X射線(xiàn)發(fā)生器控制方式的發(fā)展，使得4KW薄窗X射線(xiàn)管在應用上的可靠性大大增強。X射線(xiàn)管功率也有小型化趨勢，使自身的體積縮小，而且無(wú)需外冷卻水循環(huán)系統，如200wX射線(xiàn)管，性?xún)r(jià)比高、使用成本低，適用于要求固定的用戶(hù)。

2）鈹（Be）窗超薄化:X射線(xiàn)管的鈹窗厚度一般為75~125um，有的產(chǎn)家的X射線(xiàn)管的鈹窗厚度僅有30um，這樣大大提高了初級X射線(xiàn)的透射率。薄窗X光管對Be，B，C，N等超輕元素的分析，對微量樣品分析，微區分析的發(fā)展起著(zhù)推動(dòng)作用。

3）X光管端窗超銳化:這種超銳X射線(xiàn)管外形*，頭部尖細，內部采用陶瓷絕緣，其設計更加緊湊、合理、準確。窗口至樣品的距離較常規端窗管短（約16mm），大大提高了X射線(xiàn)輻照強度。而且，由于采用優(yōu)良的絕緣和長(cháng)壽命的燈絲，延長(cháng)了X射線(xiàn)管的使用壽命。

4）X光管雙靶化:為了使輕重元素都能獲得激發(fā)效率，一些儀器廠(chǎng)家將X光管設置成雙靶型。如日本株式會(huì )社理學(xué)。

高壓發(fā)生器：

近年來(lái)，譜儀的高壓發(fā)生器幾乎都采用高頻變換高壓發(fā)生器。發(fā)生器的高壓穩定性也較高，一般說(shuō)來(lái)，當網(wǎng)路電壓波動(dòng)不超過(guò)10%時(shí)，穩定性可達±0.0005%，從而保證了X射線(xiàn)管所發(fā)射X射線(xiàn)強度的高穩定性。

測角儀：

測角儀是順序式X射線(xiàn)熒光光譜儀的核心部件，也是同時(shí)式多道X射線(xiàn)熒光光譜儀中掃描的基本部件。如一些儀器制造商分別用無(wú)齒輪莫爾條紋測角儀和激光定位光學(xué)傳感器驅動(dòng)測角儀，取代傳統θ/2θ齒輪機械運動(dòng)的測角儀，2θ掃描精度也由齒輪機械運動(dòng)的±0.001°提高到±0.0002°，2θ掃描速度提高到80°/s。

探測器和計數器：

在現代波長(cháng)色散X射線(xiàn)熒光光譜儀中，探測器和計數器的大線(xiàn)性計數率由原來(lái)的105s-1擴展到106s-1，甚至大線(xiàn)性計數率可達4106s-1。正比計數器逐漸由原來(lái)的流氣式向封閉式過(guò)度。采用封閉式正比計數器后，工作時(shí)既無(wú)需配制工作氣體，又防止了氣體質(zhì)量的不一致和流量變化對測量結果的影響，從而保證了測量結果具有更好的再現性。

X射線(xiàn)儀器正在越來(lái)越多的行業(yè)得到重視，已經(jīng)涌現出一批新的國家標準，如環(huán)境監測領(lǐng)域：土壤和沉積物、空氣顆粒物新出了波長(cháng)色散X射線(xiàn)熒光光譜法檢測標準，大大提高了檢測效率。進(jìn)一步證明了WDXRF儀器的可靠性、高精度、低檢出限和旺盛的生命力。