X射線熒光分析的基礎(chǔ)和最重要的儀器性能

在過(guò)去，X射線熒光分析（XRF）主要用于地質(zhì)學(xué)。如今，它已成為工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵技術(shù)。這種方法非常通用：它可以檢測(cè)從鈉到鈾的所有相關(guān)化學(xué)元素

XRF通常用于材料分析，即確定樣品中給定物質(zhì)的含量，如測(cè)量珠寶中的黃金含量或根據(jù)《有害物質(zhì)限制》（RoHS）指令檢測(cè)日常物品中的有害物質(zhì)。此外，可以使用XRF測(cè)量鍍層的厚度：它快速、環(huán)保且無(wú)損。

測(cè)量是如何進(jìn)行的

當(dāng)X射線設(shè)備開始測(cè)量時(shí)，X射線管會(huì)發(fā)出高能輻射，這也被稱為‘初級(jí)’輻射。當(dāng)這些X射線擊中樣品中的一個(gè)原子時(shí)，它們會(huì)增加能量–即它們“激發(fā)"原子 - 使原子向其原子核附近發(fā)射電子，這個(gè)過(guò)程被稱為“電離"。由于這種狀態(tài)是不穩(wěn)定的，一個(gè)來(lái)自更高電子層的電子移動(dòng)來(lái)填充空隙，從而發(fā)射出“熒光"輻射。這種二次輻射的能量水平類似指紋一樣：它是每個(gè)元素的特征。探測(cè)器接收熒光并將信號(hào)數(shù)字化。在信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)光譜：檢測(cè)到的光子的能級(jí)在x軸上繪制，其頻率（計(jì)數(shù)率）在y軸上繪制。樣品中的元素可以從光譜中波峰的位置（x軸方向）來(lái)識(shí)別。這些峰的水平（y軸方向）提供了有關(guān)元素濃度的信息。

最重要的設(shè)備屬性保證最佳測(cè)量結(jié)果

許多因素影響設(shè)備區(qū)分不同元素的能力。 X射線管，光學(xué)元件，過(guò)濾器和檢測(cè)器等部件在其中起主要作用。

X射線管

X射線管中的材料決定了激發(fā)樣品的初級(jí)X射線輻射的能譜。通常使用鎢陽(yáng)極，它能產(chǎn)生一種特別強(qiáng)烈和廣泛的光譜，可用于常規(guī)應(yīng)用。對(duì)于特殊應(yīng)用，例如在半導(dǎo)體或印刷電路板（PCB）行業(yè)，還使用鉬、鉻或銠陽(yáng)極；這些陽(yáng)極尤其適用于測(cè)量輕元素和分析材料。

濾波器

在從陽(yáng)極到樣品的過(guò)程中，初級(jí)X射線會(huì)通過(guò)濾波器。Fischer通常使用由薄金屬箔制成的濾波器，由鋁或鎳制成。這些濾波器通過(guò)吸收部分光譜來(lái)改變初級(jí)輻射的特性。這樣可以顯著降低背景噪聲。因此，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱信號(hào)的更高靈敏度。例如，鋁濾波器有助于檢測(cè)特別低濃度的鉛

通孔和X射線光學(xué)

通孔（準(zhǔn)直器）位于X射線管和樣品之間。它控制主光束的大小，確保僅激發(fā)樣品上的特定聚焦點(diǎn)被激發(fā)。當(dāng)測(cè)量點(diǎn)必須很小時(shí)，到達(dá)樣品的輻射極小，因此產(chǎn)生的熒光信號(hào)也相應(yīng)變?nèi)酢?/span> 為了獲得足夠高的計(jì)數(shù)以進(jìn)行可靠的計(jì)算，測(cè)量需要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。解決此問題的方法是多毛細(xì)管光學(xué)器件。 多毛細(xì)管是一束玻璃纖維，它能將幾乎把所有的初級(jí)輻射像放大鏡一樣聚焦在一個(gè)小點(diǎn)上。 全球只有兩家這樣的光學(xué)器件制造商。

探測(cè)器

最后一個(gè)至關(guān)重要的組件是探測(cè)器，它是“看到"熒光輻射的部分。

久經(jīng)考驗(yàn)的比例計(jì)數(shù)管（PC）具有較大的感應(yīng)面積，因此可實(shí)現(xiàn)較高的計(jì)數(shù)率。它非常適合于帶有較小測(cè)量點(diǎn)上較厚鍍層的測(cè)量。但是，由于它提供的能量分辨率較低且靈敏度有限，尤其是對(duì)于輕元素，因此僅部分適合于要求高的測(cè)量任務(wù)。

硅PIN二極管是一種中檔的探測(cè)器。它具有比比例接收器更好的分辨率，但測(cè)量面積很小。它既可以用于材料分析，也可以用于鍍層厚度測(cè)量。但是對(duì)于較小的測(cè)量點(diǎn)，需要相對(duì)較長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)間。

最高質(zhì)量的X射線熒光設(shè)備采用硅漂移探測(cè)器（SDD）。這種類型的檢測(cè)器具有非常好的能量分辨率，這意味著它甚至可以檢測(cè)樣品中濃度非常低的元素的輻射。此外，此類設(shè)備可以確定納米級(jí)別的鍍層厚度，并可以輕易地分析復(fù)雜的多鍍層結(jié)構(gòu)。