XRF重金屬快速掃描測試儀器基本原理知識

原理

（XRF）儀器由激發(fā)源（X射線管）和探測系統(tǒng)構(gòu)成。X射線管產(chǎn)生入射X 射線（一次射線），激勵(lì)被測樣品。樣品中的每一種元素會放射出的二次X射線，并且不同的元素所放出的二次射線具有特定的能量特性。探測系統(tǒng)測量這些放射出來的二次射線的能量及數(shù)量。然后，儀器軟件將控測系統(tǒng)所收集的信息轉(zhuǎn)換成樣品中的各種元素的種類及含量。利用X射線熒光原理，理論上可以測量元素周期表中的每一種元素。在實(shí)際應(yīng)用中，有效的元素測量范圍為11號元素（鈉Na）到92號元素（鈾U）。

業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)：陳振偉13602386325    Q Q：2586266138

XRF的篩選

X射線熒光光譜儀是公認(rèn)的RoHS篩選檢測首選儀器，由于其檢測速度快、分辨率高、實(shí)施無損檢測，所以被廣泛采用。X線熒光光譜儀品牌繁多，以至于分不出誰好誰差了。在《電子信息產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)的檢測方法》IEC62321標(biāo)準(zhǔn)文本里提到：“用能量散射X射線熒光光譜法（ED－XRF）或波長散射X射線熒光光譜法（WD－XRF）對試樣中目標(biāo)物進(jìn)行測試，可以是直接測量樣品（不破壞樣品），也可以是破壞樣品使其達(dá)到”均勻材料”（機(jī)械破壞試樣）后測試。”能真正準(zhǔn)確無誤地將試樣篩選出合格、不合格、不確定三種類型，而且能最大限度地縮小“不確定”部分就是好儀器。在保證既定準(zhǔn)確度的情況下盡可能快速檢測。尤其是企業(yè)選購，光譜儀是做日常RoHS監(jiān)督檢測用，非常看重這一點(diǎn)。所以，能夠準(zhǔn)確無誤地將試樣篩選出合格、不合格、不確定三種類型，又能最大限度地縮小“不確定”部分，而且全部過程是在極短的時(shí)間內(nèi)完成的X射線熒光光譜儀是滿足使用要求的光譜儀。

性能

性能無疑是評估光譜儀非常重要的指針性能優(yōu)異的光譜儀做篩選檢測能準(zhǔn)確無誤地排查合格和不合格，并將不確定的灰色部分壓縮到最??；

有的光譜儀鉛砷不分、鎘的特征譜線與X光管銠電極的特征譜線重迭等。經(jīng)常誤判；

有的光譜儀檢測鎘的靈敏度不夠高，不能準(zhǔn)確判定鎘；

大部分光譜儀的檢測穩(wěn)定性受到X光管老化、環(huán)境溫度、電源波動(dòng)等影響，使數(shù)值不準(zhǔn)。

由于性能不足，可能發(fā)生錯(cuò)判、誤判、無法判定等事件頻發(fā)，不確定的灰色部分比例大增。其后果必然是成本顯著提高、風(fēng)險(xiǎn)增加。

關(guān)鍵性能參數(shù)

1） X光管的電極材料

目前X線熒光光譜儀基本上采用銠靶X光管，有鎢靶X光管的。

A．銠（Rh）靶：銠的特征譜線與鎘的特征譜線重迭；測試需要專用濾波器。

B．鎢（W）靶：鎢的特征譜線與鉛，汞的特征光譜重迭，但發(fā)射強(qiáng)度高。

2）檢測器

A．SDD：新型的SDD檢測器屬高純硅檢測器，分辨率可跟Si-Li檢測器差不多，并且不需要液氮制冷，但穩(wěn)定性不夠好。是在高純n型硅片的射線入射面制備一大面積均勻的pn突變結(jié)，在另外一面的中央制備一個(gè)點(diǎn)狀的n型陽極，在陽極的周圍是許多同心的p型漂移電極。在工作時(shí)，器件兩面的pn結(jié)加上反向電壓，從而在器件體內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)勢阱(對電子)。在漂移電極上加一個(gè)電位差會在器件內(nèi)產(chǎn)生一橫向電場，它將使勢阱彎曲從而迫使入射輻射產(chǎn)生的信號電子在電場作用下先向陽極漂移，到達(dá)陽極(讀出電極)附近才產(chǎn)生信號。硅漂移探測器的陽極很小因而電容很小，同時(shí)它的漏電流也很小，所以用電荷靈敏前置放大器可低噪聲、快速地讀出電子信號。是Si-PIN檢測器的換代產(chǎn)品。

B．SSD：SSD檢測器屬硅鋰檢測器，分辨率及檢測靈敏度高。穩(wěn)定性好，但是需要液氮冷卻。硅(鋰)[ Si(Li)]探測器，也叫硅鋰漂移探測器。是在P型硅表面蒸發(fā)一層金屬鋰并擴(kuò)散形成PN結(jié)，然后在反向電壓和適當(dāng)溫度下使鋰離子在硅原子之間漂移入硅中，由于鋰離子很容易吸引一個(gè)自由電子而成名，從而與硅中的P型（受主）雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償而形成高阻的本征層(探測器的靈敏區(qū))。硅(鋰)探測器的特點(diǎn)是靈敏層厚度可以做得相當(dāng)大（3-10毫米），因而探測器電容也比較小，探測效率高，但是必須在液氮冷卻下保存（因?yàn)樵谑覝叵落囯x子的遷移能力已經(jīng)不能忽略了，而鋰離子的遷移會破壞在制備硅(鋰)探測器時(shí)達(dá)到的精密補(bǔ)償。這是硅(鋰)探測器保存時(shí)候也需要在液氮溫度的根本原因。當(dāng)然還有其它原因）和工作。

C．Si-PIN：老的PIN探測器分辨率差，穩(wěn)定性差，并且對測試重金屬的靈敏度不夠高。PIN探測器是具有PIN結(jié)構(gòu)的（其中間層實(shí)際上是高阻的全耗盡層，其載流子很少，與本征層和絕緣體層有類似之處）用于探測光和射線的探測器件。硅PIN探測器室溫下的漏電流在納安（nA）數(shù)量級，比其上一代的硅面壘探測器要小差不多3個(gè)數(shù)量級，是硅面壘探測器的換代產(chǎn)品，但是PIN探測器的電容仍然和面壘探測器一樣，隨探測器面積的增大而正比增大，這導(dǎo)致探測器噪聲還是偏大，同時(shí)成形時(shí)間常數(shù)不能太小因而計(jì)數(shù)率不能高。這就是PIN探測器不僅在技術(shù)上而且在性能上也要比硅漂移探測器差整整一代的原因。

3）檢測方法和軟件

A．FP法、部分檢量線法：穩(wěn)定性差，不適合微量元素的測試管控。

B．帶補(bǔ)正的相對檢量線法：可以自動(dòng)補(bǔ)償環(huán)境條件變化、X光管老化、供電變化等對檢測數(shù)據(jù)的影響。

4）X線束光斑直徑

A．光斑直徑大小在使用中會體現(xiàn)出一些差別。目前光斑直徑從0.1mm到15mm不等。光斑小不受試樣面積限制，光斑大受材料不均勻性影響小。

B．光斑大小間接反映X光束的能效。大光斑（幾mm到十幾mm）準(zhǔn)直器光束，能量損失小，測試信號強(qiáng)。1mm小光斑光束，能量損失較多。測試信號差。但測試面積小。

C．光斑大小根據(jù)實(shí)際測量需要選擇，光束能量損失通常制造商在軟件、濾光片等方面做適當(dāng)補(bǔ)償。

5）校準(zhǔn)

絕大多數(shù)的熒光光譜儀在工作中經(jīng)常需要校準(zhǔn)，以保證每次檢測的準(zhǔn)確性。如不能校正的儀器或只有維修人員才能校正儀器，必然日后耗費(fèi)資源和時(shí)間增加維護(hù)成本。

6）售后服務(wù)

找一個(gè)具有自己技術(shù)的代理商非常重要。一個(gè)擁有自己技術(shù)的代理商，售后服務(wù)相對原廠的服務(wù)，更具有彈性，可減少一些維修養(yǎng)護(hù)成本。售后服務(wù)的及時(shí)和完備性是保證設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)揮最大潛能的保障。

7）數(shù)據(jù)安全

測試結(jié)果及報(bào)告的保存資料是檢測的最終成果，資料保存、保真始終處于第一位。

8）儀器質(zhì)量

如果儀器本身配件質(zhì)量差，經(jīng)常出現(xiàn)故障，不僅增加日后維修費(fèi)用，還導(dǎo)致維修期間無法使用。