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X熒光光譜儀可分為三類,一類是偏振式能量色散X熒光光譜儀ED(P)-XRF、波長色散型(WD-XRF)X射線熒光光譜儀與能量色散型(ED-XRF)X射線熒光光譜儀三種,他們無論是在原理上還是在儀器結(jié)構(gòu)或者是功能上都有所不同。下面我們就三類儀器的區(qū)別作簡單對比。
1、原理區(qū)別
X-射線熒光光譜法,是用X-射線管發(fā)出的初級線束輻照樣品,激發(fā)各化學元素發(fā)出二次譜線(X-熒光)。波長色散型熒光光譜儀(WD-XRF)是用X射線直接照射樣品發(fā)射X熒光,分光晶體將熒光光束色散后,測定各種元素的特征X-射線波長和強度,從而測定各種元素的含量;而普通能量色散型熒光光譜儀(ED-XRF)是通過濾光片得到背景相對較低的X射線,照射樣品發(fā)射X熒光,X熒光借助高分辨率敏感半導體檢測器與多道分析器將未色散的X-射線按光子能量進行色散,根據(jù)各元素特征能量的強度高低來測定各元素的量;而偏振式能量色散X熒光光譜儀ED(P)-XRF是采用偏振次級靶,得到單色的X射線照射樣品,再X熒光借助高分辨率敏感半導體檢測器與多道分析器將未色散的X-射線按光子能量進行色散,根據(jù)各元素特征能量的強度高低來測定各元素的量,這就大大提高了儀器的信噪比,提高了能譜儀分析輕元素的能力。
2、結(jié)構(gòu)和功能方面的區(qū)別
波長色散型熒光光譜儀(WD-XRF),一般由光源(X-射線管)、樣品室、分光晶體和檢測系統(tǒng)等組成。為了準確測量衍射光束與入射光束的夾角,分光晶體是安裝在一個精密的測角儀上,還需要一龐大而精密并復雜的機械運動裝置。由于晶體的衍射,造成強度的損失,需要作為光源的X射線管的功率要大,一般為2~3千瓦。但X射線管的效率極低,只有1%的電功率轉(zhuǎn)化為X射線輻射功率,大部分電能均轉(zhuǎn)化為熱能產(chǎn)生高溫,所以X射線管需要專門的冷卻裝置(水冷或油冷),這就使得儀器結(jié)構(gòu)比較復雜,硬件成本高,因此波譜儀的價格比能譜儀要高的多。
普通能量色散型X熒光光譜儀(ED-XRF),一般由光源(X-射線管)、濾光片、樣品室和檢測系統(tǒng)等組成,與波長色散型X熒光光譜儀(WD-XRF)的區(qū)別在于它不用分光晶體,機構(gòu)比較簡單,價位比較低,但輕元素的檢出限較高。
偏振式能量色散X熒光光譜儀ED(P)-XRF,不采用濾光片,而采用偏振次級靶,其它與普通能量色散X熒光光譜儀(ED-XRF)相似,結(jié)構(gòu)也比較簡單,價位也遠低于波長色散型熒光光譜儀(WD-XRF),但在輕元素的檢出限方面接近波長色散型熒光光譜儀(WD-XRF)。
X熒光光譜儀
三、WD-XRF與ED-XRF的簡明比較
項目 | 偏振式能量色散X熒光 | 波長色散型X熒光 | 普通能量色散型X熒光 |
原理 | X熒光經(jīng)次級偏振靶使X射線產(chǎn)生偏振(提高信噪比)后,進入檢測器,經(jīng)電子學系統(tǒng)處理得到不同元素(不同能量)的X熒光能譜 | X熒光經(jīng)晶體分光,在不同衍射角測量不同元素的特征線 | X熒光直接進入檢測器,經(jīng)電子學系統(tǒng)處理得到不同元素(不同能量)的X熒光能譜 |
結(jié)構(gòu) | 無掃描機構(gòu),只用一個檢測器和多道脈沖分析器,結(jié)構(gòu)簡單得多,無轉(zhuǎn)動件,可靠性高 | 為滿足全波段需要,配置多塊晶體,根據(jù)單道掃描和多道同時測定的需要,設置掃描機構(gòu)和若干固定通道 | 無掃描機構(gòu),只用一個檢測器和多道脈沖分析器,結(jié)構(gòu)簡單得多,無轉(zhuǎn)動件,可靠性高 |
X光管 | 功率低,不需冷卻水,X光管壽命長 | 高功率,要高容量冷卻系統(tǒng),X光管壽命短 | 功率低,不需冷卻水,X光管壽命長 |
檢測器 | SDD | 正比計數(shù)器,和λ、晶體、檢測器有關(guān) | Si(pin) |
靈敏度 | ug/g級 | Ug/g級 | 輕基體ug/g級,其它10~102ug/g級 |
準確度 | 取決于標樣 | 取決于標樣 | 取決于標樣 |
精密度 | 好 | 很好 | 低濃度時不如WD |
系統(tǒng)穩(wěn)定性 | 好,工作曲線可長時間使用 | 需作周期性漂移校正,定期作工作曲線 | 好,工作曲線可長時間使用 |
方便性 | 好 | 一般 | 好 |
分析速度 | 快 | 單道慢,多道快 | 快 |
人員要求 | 一般 | 較高 | 一般 |
樣品表面 | 要求不高 | 要求平坦 | 要求不高 |
價格 | ¥60~100萬/臺 | ¥120~250萬/臺(其中單道¥120~180萬/臺) | ¥30~70萬/臺 |
測定元素范圍 | 11Na~92U | 5B~92U | 11Na~92U |
3.價格方面的對比
波長色散價格X熒光譜儀又分為單道和多道兩種,單道X熒光一般在120-150萬元,而多道X熒光一般在180-250萬元。
能量色散X熒光光譜儀一般分濾光片選擇激發(fā)性和次級靶選擇激發(fā)型,濾光片型儀器受濾光片位置和種類的限制,應用范圍有很大的局限性,況且這類儀器一般采用Si-pin探測器分辨率也不夠高,不適合復雜基體樣品的分析;次級靶選擇激發(fā)型儀器,由于一個次級靶可以有效元素周期表中元素范圍很寬,且這類儀器一般SDD探測器,具有比較高的分辨率,適合于復雜樣品的分析,擁有這樣儀器的廠家只有德國斯派克和荷蘭的帕納克(原來的飛利浦),但帕納克儀器加110KV的的高壓,注重超重元素的分析,而輕元素(原子序數(shù)比較小的元素)的分析不是他們的強項;斯派克的儀器加50KV的高壓,關(guān)鍵是采用了HOPQ(高溫熱解石墨)靶,大大提高了輕元素的信噪比,可以有效的分析輕元素,效果接近波長色散X熒光。