公司新闻

2.1. 分辨率

2.2. 哪种能量更好？

2.3. 为什么奥林巴斯要提供不同的阳极靶材？

2.4. SDD（硅漂移探测器）对比PIN：用户需要装配了哪种探测器的分析仪？

2.5. XRF探测器的窗口材料：石墨烯是更好的替代品

2.6. 基本参数法对比经验校准

2.7. XRF（X射线荧光）和LIBS（激光诱导击穿光谱）

2.8. 可靠的分析实践方法

在XRF技术中，分辨率是一个主要与X射线探测器相关的仪器参数，也是X射线波峰的宽度在频谱中的计量。分辨率越低，检测性能越好。分辨率通常被定义为在铁或锰的最大峰值的一半处（FWHM）测量到的波峰的整个宽度。现在大多数配备了PIN探测器的手持式分析仪的分辨率约为200电子伏特（eV）或更低，而这种分辨率往往比配备有硅漂移探测器的分析仪差（宽）30 eV到60 eV。

分辨率越好，频谱中的波峰越窄、越高。探测能力也就越高，而且在频谱中波峰拥挤时，可使分析仪更清楚地区分出相临的波峰。更好的分辨率对某些元素的区分特别有用，如以下几个示例：

• 轻元素：镁、铝、硅、磷和硫

• 贵金属：铂、铱、金、钯和银

• 存在于铁和镍中的低含量钴

在比较不同的分析产品时，某些供应商会强调打动人心的分辨率数值，但是这些数值的背后往往掩盖了更多的事实。在许多情况下，这些供应商只是援引了制造X射线探测器的公司提供给他们的分辨率数值。而探测器制造商一般是在理想条件下、隔离的环境中测量分辨率。如果想要了解分析仪在实际操作条件下的性能，就要看在实际操作条件下，X射线探测器已被安装在分析仪中时所汇报的分辨率。

在此图中，蓝线表明较差的分辨率，而灰线表明较好的分辨率。表明较好分辨率的灰线重叠的次数更少。

分辨率只是探测器的众多基本参数之一。获得优质分辨率并不难，难的是既要获得优质分辨率，又要获得很高的计数率，同时还要探测器保持稳定的性能。奥林巴斯通过采用Axon技术完成了这项艰巨的工作。证据就是在使用奥林巴斯任何一款分析仪进行检测时，分析仪的所有技术规格综合作用而使其表现出的优异性能。想象一下我们正在开着一辆车。在汽车行驶的过程中，汽车的个别规格，如：轴距的长度或活塞环的压缩比，不如汽车的灵敏反应重要。这点与分析仪的分辨率高不能说明分析仪的性能好一样。在比较XRF分析仪时，要确保对每个分析仪进行试用，以了解它们的性能如何。

许多用户认为射线管的电压和功率总是越高越好。情况并非总是如此。分析仪适当的电压和功率设置会根据所要检测的材料而发生变化。

每种特定元素的激发能量都有一个最佳平衡点。为了获得优质结果，激发X射线的能量应该达到约为感兴趣元素能量的2倍到2.5倍的水平。如果激发X射线的能量不够，则不能激发被测样本的原子，使其产生荧光。如果X射线能量太强，则会使能量传播得太远，同样会使激发效果变差。

对于金属制造中常用的过渡元素，以及地球/环境应用中通常所需的元素（铬、锰、铁、镍、铜和锌）而言，有效的射线管能量为40 kV。对于具有较高能量的元素（镉、锡、锑、钡、镧、铈、钕和钐）来说，50 kV的校准才会带来优质响应。这就是为什么奥林巴斯为客户提供X射线管可以达到50 kV激发能量的VMR、VMW和VCA型号Vanta分析仪的原因。即使在我们配备了50 kV射线管的分析仪型号中，许多校准也没有使用超过40 kV的电压：能量越高不总是更好。

大多数分析仪制造商都使用一种阳极材料制造射线管，但是，奥林巴斯可为用户提供铑、钨和银三种阳极靶材的射线管。我们的分析仪不只有一种标准化的阳极靶材。每种靶材都有各自的优点和缺点。我们希望为用户提供适用于他们特定应用的分析仪。

奥林巴斯广受欢迎的多种分析仪型号都装配有铑阳极靶材，这种靶材是大多数金属和地质应用的首选靶材。铑用于激发镁的发射谱线处于很好的位置，因此可以快速分拣铝合金。镁对于需要区分岩石类型的地质应用也至关重要。然而，铑阳极射线管的谱线处于氯的能量区域，因此，不能测量低含量的氯。此外，铑的谱线还接近镉的区域，因此，对于要求对镉具有高灵敏度的有害物质限制（RoHS）应用而言，铑阳极靶材不是一个很好的选择。

钨在本质上是一种明亮的阳极材料，可以产生能量很强的射线管谱线。但是，对于轻元素的分析而言，这些谱线的位置较差。钨射线管是一些监管应用的理想选择，如：RoHS、消费商品和含铅漆料筛选等。但是，如果检测项目需要对钽或金进行分析，则钨阳极靶材不是一种适当的选择。

银是一种很好的通用型阳极靶材。需要完成多种应用的用户可能需要银阳极靶材的射线管。例如：用户可能需要测量轻元素（不能使用钨靶材）并进行RoHS检测（不能使用铑靶材）。装配有银阳极靶材射线管的分析仪可以完成这两种应用。基本上说，银阳极靶材几乎适用于各种应用，但是却没有一种应用是其专项特长。

虽然使用一种阳极靶材完成多种应用会使事情变得更简单，但一种靶材不能为所有的应用提供优质性能，满足所有客户的需求。

射线管功率

较高的射线管功率（单位为瓦）在给定的能量下可以产生更多的X射线。只有在探测器的计数速度足够快，可以测量较高功率射线管产生的更多X射线时，射线管的高功率才能显出优势。如果探测器无法对这些多出的X射线进行计数，则拥有较高功率的射线管是一种浪费。要使分析仪发挥优质性能，分析仪的所有组件要达到相得益彰的平衡状态。

用户在购买手持式XRF分析仪时需要做出一些选择，其中之一就是要选择硅漂移检测器（SDD），还是选择PIN探测器。硅漂移检测器（SDD）是一种较新的技术，其每秒钟X射线计数率比PIN探测器大约多10倍。SDD探测器的分辨率比PIN探测器大约低40 eV。但是，伴随着SDD性能的提高是成本的增加。哪种探测器更适合您，取决于您打算如何使用XRF分析仪。以下几个问题有助于您做出正确的决定。

您是否需要测量一些轻元素，如：镁、铝、硅、磷、硫、氯、钾或钙？

这些轻元素的定量性检测只能由装配有SDD的分析仪完成。许多人因此错误地认为不能使用装配了PIN探测器的分析仪对铝合金进行分拣。当然要进行更细微的区别，如：镁含量不同的6061铝和6063铝，需要使用配备了SDD探测器的分析仪。不过，配备PIN探测器的分析仪仍然可以基于较重元素（如：铜、铬或铁）的含量对许多铝合金牌号进行分拣。

您是否需要较低的检出限？

SDD探测器比PIN探测器的计数率高，因此具有更高的精密度和灵敏度。

SDD探测器的检出限通常比PIN探测器低约3倍。

探测器的结构

XRF探测器基本上是由硅晶圆（一种用于探测X射线的半导体材料）、制冷器和电子器件组成。

探测器需要保持低温（温度范围为−15 °C到−30 °C），才可以正常工作，并减少热噪声。

为了保持冷却状态，探测器需要处于真空环境，而且需要一种密封的外壳。外壳上有一个可以使X射线进入的窗口。

最轻的几种元素发射的X射线最弱。镁、铝、硅元素的X射线非常弱，以至于这些元素的X射线很难进入到探测器窗口中，因此窗口需要使用尽可能薄、尽可能轻的材料制造。

大多数手持式XRF分析仪的窗口由一种铍晶体制成。铍的原子数是4；虽然很轻，但是由于其脆弱、易碎，而且有毒，因此制成窗口的过程很难。此外，现有最薄铍窗口的厚度为8微米。

与铍窗口相比，石墨烯窗口可以更有效地探测到轻元素。石墨烯虽由碳元素构成（碳的原子数是6），但是却异常坚固。因其超高的强度，我们可以将石墨烯窗口做得更薄。奥林巴斯石墨烯窗口的厚度为0.9微米（即900纳米）。

由于石墨烯窗口比铍窗口薄约9倍，因此可以透过更多的X射线。这样一来，就提高了探测合金中某些关键轻元素的灵敏度，如：镁、铝、硅，甚至还包括磷和硫。

配备有石墨烯探测器窗口的Vanta VMR型号分析仪具有以下优势特性：

• 基于镁元素的含量更快地分拣铝合金

• 更快、更精准地测量低合金钢中低于1000 ppm的硅（Si）元素

• 测量低合金钢中低于0.035%的磷元素和硫元素

• 快速测量镍合金中低含量的铝元素（约0.5%）

一些用户声称，经验校准优于基本参数法，但是这不是我们奥林巴斯的经验。经验校准适用性的广泛程度与用于创建这些校准的样本种类一致。如果所分析的样本不在校准样本的范围之内，则分析结果可能会出现很大的错误。如果所要分析的样本与开发校准所使用的样本非常相似，则对校准进行微调就可以获得非常好的结果。因此在对一个基本了解的样本集进行量化分析时，经验校准会非常有用，而在面对一个未知的样本集时，经验校准则会显得能力不足。采用经验校准的用户通常需要在多种校准模型之间进行选择，而做出正确的选择对于获得合理的结果至关重要。

大多数奥林巴斯的XRF分析仪都使用基本参数法进行校准，因为基本参数法可使仪器计算出每种元素对所有其他元素的影响。此外，计算能力的增强更进一步地完善了手持式设备中采用基本参数法（FP）的方式。得益于这些计算，进行一次XRF校准，就可以使多种样本的检测获得令人叹服的准确结果。由于基本参数法基于物理定律，因此在被测样本中含有意外成分时，校准不太可能误入歧途而得到较差的结果。

在任何情况下，奥林巴斯的分析仪都可以使用户充分利用这两种校准技术。当基本参数法（FP）的能力不足时，用户可以使用“用户因子”功能，以经验方式微调奥林巴斯的校准，对检测结果进行矫正。一般来说，当样本基质中含有某些XRF分析仪无法测量的高含量元素时，如：碳或氧，就需要使用“用户因子”功能。

激光诱导击穿光谱（LIBS）是进行金属分析的手持式分析仪所采用的另一项技术。我们最好将LIBS视为对更传统的手持式XRF技术的补充，因为两种技术各有所长。

元素范围

LIBS的神奇之处是这种技术可以对那些XRF技术无法测量的元素进行检测。碳、铍和锂都可以采用LIBS技术进行测量，而近来这种技术的进步还可以使某些LIBS分析仪探测到低含量的碳。

另一方面，对于XRF技术擅长检测的某些元素，LIBS分析仪却无能为力，尤其是一些耐火金属。这些元素包括铬、锆、钼、钽，以及其他一些有着重要商业意义的常见合金元素。

聚光点的大小

LIBS的聚光点大小要比XRF的小得多。在某种意义上这是有利之处，因为与XRF分析仪不同，LIBS分析仪会在每次检测后留下一个小小的烧伤痕迹。但是，这也使在连续进行两次检测时更难获得相同的结果，因为LIBS的聚光点太小，使两次检测的样本产生了变化。一些LIBS分析仪的制造商通过在样本的不同位置进行检测（称为栅格激光）来弥补这种不足，但这样会延长检测时间。

校准

激光诱导击穿光谱（LIBS的）的校准属于经验校准，而XRF的金属校准使用基本参数法（FP）。基本参数法可使XRF分析仪计算每种元素对所有其他元素的影响。这种计算可以通过一次XRF校准，使多种样本的检测获得令人叹服的准确结果。在不适合使用基本参数法时，XRF分析仪的制造商和客户可以使用“用户因子”功能，以经验方式微调校准，对检测结果进行矫正。另一方面，经验校准适用性的广泛程度与用于创建这些校准的样本种类一致。如果所分析的样本不在校准样本的范围之内，则分析结果可能会出现错误。这

就是为什么我们要在几种不同校准之间进行选择的原因，以及为什么做出正确的选择对于获得合理的结果来说至关重要的原因。

样本的制备和呈现方式

使用LIBS技术进行检测时，样本在几何形状上的变化对检测结果有很大的影响。LIBS技术对样本中的水分和表面污染也更为敏感。一些LIBS分析仪的制造商试图通过在检测之前使用激光对待测部位进行清洁的方法来解决这个问题，不过这样一来会增加分析时间。LIBS技术惯有的样本烧焦或烧蚀问题不会出现在地球环境应用中通常分析的质地松散的材料上，其中包括土壤、钻屑、爆破孔样本、精矿、尾矿和纸浆。

要获得可靠的高质量结果，我们需要遵循一些类似于实验室分析要求的协议。这些协议包括定期重复检测、核查样本，及核查空白样本，以确保检测“符合应用的目的”。为了获得可靠的XRF数据，并证明检测结果的合理性，我们必须进行一些操作。

1. 在检测开始时，我们要进行试点测量，以确定分析仪是否可以获得期望的结果。试点测量的部分工作是分析一系列元素含量已知的样品。如果存在显著的基体效应，则可以使用“用户因子”功能，校正检测结果。此外，还可以调整检测时间，得到更适合的精密度（+/-读数）。

   
   

2. 在每组检测的开始和结束时，要分析一个空白样本和一个元素含量已知的样本。如果在一天工作的开始和结束时得到的空白样本和已知含量样本的检测结果相同，那么我们就可以信赖在这一天内获得的检测结果。如果存在污染，空白样本的读数值会升高。

   
   

   a. 考虑并确定检测空白样本和含量已知样本的频度。在地球化学行业中，通常每检测30个样本要进行一次核查，但是，在每天工作开始和结束时绝对要分别进行一次核查。最好在每组检测的开始和结束时也分别进行一次核查。b. 已知样本应该是附有完整的化学成分试验值的认证参考材料（CRM）。其他元素的存在可能会影响对感兴趣元素的分析。完整的化学成分读数有助于解释实际测量值与试验值的任何差异。

   
   

3. 对一个未知样本进行多次重复分析。

   a. 了解检测的可重复性非常重要，我们可以借此得知在所有其他因素保持不变时，不同检测之间存在的变化性。在样本的某个部位进行重复检测，可以使我们了解到仪器的精密度。在样本的不同部位进行重复检测，有助于我们了解源于仪器的测量的变化性和样本的异质性。通过分析认证参考材料（CRM），我们可以将实际获得的分析值与样本自带的试验值进行比较，了解仪器是否具有可靠的检测性能。确定了仪器的可靠性，我们就可以充满信心地浏览所获得的数据集。充满信心地浏览XRF数据是大多数检测人员的愿望。

   
   

通过分析认证参考材料（CRM），我们可以将实际获得的分析值与样本自带的试验值进行比较，了解仪器是否具有可靠的检测性能。确定了仪器的可靠性，我们就可以充满信心地浏览所获得的数据集。充满信心地浏览XRF数据是大多数检测人员的愿望。