不锈钢x荧光光谱仪 元素分析仪

秉承X荧光光谱仪20多年研发经验，元素录井分析仪EDX5500H再次推动了岩石中元素含量向具体化、快速化方向的发展。将Ｘ射线荧光分析(XRF)用于岩屑录井这项技术的*到之处在于：通过岩屑化学元素组合特征的分析来识别岩性，再通过岩性的组合特征分析来判断层位，因此适合于任何钻井条件下的岩屑录井。
高效真空形成条件及高灵敏半导体探测器**对岩心中的元素具有**低的检出限，为录井平台提供更有意义的具体数据特征；更宽的元素检出范围满足多种元素的同时检测需求；同时引入了目前先进的4096道数字多道技术，采用进口**薄铍窗有高激发效率的X射线管，使仪器计数率更高，稳定性更好，适用面更广；
优化了光路结构、软硬件可靠性，真空腔体使之性能更好、更便携；
*特的抗震性设计，高保护光路设计使得该仪器通过了第三方*机构高低温、高低频电动振动及湿热等使用认证；
在现场测试、在线检测以及各类地质勘察多元素检测中充分发挥作用。
主机标准配置：
上照式光路系统直射模式 SDD探测器 数字多道处理器 美国进口高压
进口牛津铍窗X射线管 智能测试软件 校正模块内置 封闭式定向散热系统
高阻尼可动防震缓冲支脚 定制CCD高清摄像头
整套设备包括: Ｘ荧光分析主机、电脑、打印机、粉碎机、压片机、真空泵

当能量**原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级光电效应或*效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。
　　K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线……。同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射(见图10.2)。如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层，此时就有能量ΔE释放出来，且ΔE=EK-EL，这个能量是以X射线形式释放，产生的就是Kα射线，同样还可以产生Kβ射线，L系射线等。莫斯莱(H.G.Moseley) 发现，荧光X射线的波长λ与元素的原子序数Z有关，其数学关系如下：
　　λ=K(Z-s)-2
　　这就是莫斯莱定律，式中K和S是常数，因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类,这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。

作为一种比较成熟的成分分析手段，X荧光光谱仪分析在冶金、地质、环境、化工、材料等领域中应用非常广泛。X荧光光谱仪分析的对象主要是块状固体、粉末、液体三种，其中，固体粉末是分析得多的一种。因为很多试样如水泥、煤、灰尘等本身就是粉末，对于形状不规则的块状固体，如各种矿石，由于直接分析技术目前还不成熟，往往也粉碎成粉末。液体试样可放入液体样品杯中分析，但由于不能抽真空等原因，有时将液体转变为固体，一些预分离、富集的结果也常是粉末，因此，粉末试样的制样技术是X荧光光谱仪分析中的重要一部分。
X荧光光谱仪分析粉末样品主要有两种方法：
①、熔融法。熔融法是应用较多的一种制样方法，它较好地消除了颗粒度效应和矿物效应的影响。但熔融法也有缺点：因样品被熔剂稀释和吸收，使轻元素的测量强度减小；制样复杂，要花费大量时间；成本也较高。
②、粉末压片法
粉末压片法的优点是简单、快速、经济，在分析工作量大、分析精度要求不太高时应用很普遍，也常用于痕量元素的分析。在实际应用如水泥、岩石、化探样品的分析中，粉末压片是一种应用很广泛的X荧光光谱仪制样法。
1、样品制备
粉末压片制样法主要分三步：干燥焙烧、混合研磨、压片。有粉末直接压片、粉末稀释压片、用粘结剂衬底和镶边等方法。
①结剂、助磨剂及其他添加剂
当样品本身的粘结力较小时，选择一种合适的粘结剂很重要。粘结剂有固体和液体两种，常用的固体粘结剂有、甲基纤维素、聚乙烯、石蜡、淀粉、滤纸或色谱纸浆、碳酸锂等。用石蜡和苯乙烯的混合物作粘结剂。粘结剂的加入量为样品的10%－50%，过多会影响轻元素的检出限。粘结剂的加入会使分析线强度下降，如果粘结剂颗粒度较大，还会引入颗粒度效应。从吸水性、样品的坚固性、抽真空时间、对仪器污染、制样成功率、成本等方面对几种常用的粘结剂作了比较， 得出低压聚乙烯是一种较理想的粘结剂。
液体粘结剂有乙醇、聚乙烯醇(PVA)等**溶剂。使用液体粘结剂易制成均匀、重复性好的压片，制得的样片更加坚固耐用。
在制备试样和标样过程中，除粘结剂外，还可加入助磨剂、内标元素、稀释剂等，液体粘结剂或助磨剂的大优点是不用称量，但压片后要烘干，加入的量也不可过多，一般100g样品中加入几毫升到十几毫升。固体粘结剂和助磨剂等需要准确称量，并且要混合均匀，因此，制样较麻烦，如果加上清洗粉碎容器的时间，有时甚至比熔融法更长。在大批量的分析中，多采用直接压片或衬底压片法。
②粉碎技术
可用玛瑙或碳化钨研钵人工研磨，现在较多使用机械振动磨或球磨机，效率很高。一般样品均可粉碎至74μm以下(通过200目筛子)，好的可以达到20μm左右。随着粉碎时间的延长，颗粒度减小到一定程度不再变细，如果继续粉碎，反而会发生“团聚”现象。要提高粉碎效率，可以加入固体或液体助磨剂。粉碎时间越长，粉碎容器带来的污染越严重，因此，选择一种合适的粉碎容器很重要。要比较这种污染，可以分析一种很硬的物质(如石英)经粉碎后的污染情况，或对比两种不同粉碎方法的分析结果。在分析痕量元素时，为了提高分析的灵敏度和准确度，这是非常必要的。还有一种污染，是不同粉碎试样间的相互污染。每次粉碎后都要保证容器清洗干净，当样品量较多时，粉碎前可用少量样品预“清洗”两次。
③压片
压样设备常见的有手动或电动液压机，粉末样品装入铝杯或铝环（或塑料环）中，在相应的模具中加压成型。在真空光谱仪中，粉末压片可能会含有空气或其它气体而发生溅射，既破坏了试样表面，又污染了样品室。可先在真空中压制成块，或在氦气光路中测量。为了减少压入片内空气的量,在装样时可轻拍样品，加压时要逐步增大压力，同时还要保压一定的时间。X荧光光谱仪分析是一种表面分析，尤其对于轻元素，分析时有效层厚度只有几个至十几个μm，表面的污染是致命的问题，同时还要求表面平滑。所以每次压片后都要把模具的表面洗净，隔一段时间还要对塞柱表面(对应于样片被测面)适当抛光。试样在保存过程中也要防止表面污染、表面破损、吸潮、氧化、吸附空气等。好是压片后尽快测量，对于标样、管理样等需长期保存的试样，以粉末状态密封保存较好，需要时临时压片。
④标准样品的制备
X荧光光谱仪分析是一种相对分析，标准样品的制备直接影响分析的准确度。粉末压片法的标样来源主要有三个：用其他方法分析试样；在成分已知的标样中加入某些成分；人工合成。
2、方法应用
①粉末压片法分析痕量元素
粉末压片法多用于分析痕量元素配合熔融法分析主量元素。
②粉末压片法分析主、次、痕量元素
粉末压片法也常用于地质、化探、冶金等样品的全分析。
③熔融后再粉碎压片
熔一块均匀、表面光滑的融片是一项技巧性很强的工作，有些样品不易脱模或*碎裂，有的对Pt-Au坩埚有腐蚀作用，熔融后粉碎压片的方法（可用石墨坩埚代替Pt-Au坩埚）既可消除颗粒度效应的影响，又解决了不易成型的问题。熔融后再粉碎压片来测定地质试样中的全硫，这样可减小粉末样片保存过程中硫价态变化对分析准确度的影响。
一般来说，对于煤、水泥、岩石、土壤等样品的常规分析，用粉末压片法可达到分析精度和准确度为5%左右的要求。大多数痕量元素的检出限可达100μg/g左右，因X荧光光谱仪有较好的稳定性，还可通过延长计数时间使检出限进一步降低。用粉末压片法制样，结合自动进样装置和自动化分析仪，一次即可准确地分析20-30种元素，完全可以满足地质、矿产、商检等部门的分析需要。
如前所述，粉末压片是根据一定的分析对象进行试验，以选择制样条件，包括各种添加剂的使用、粉碎时间、压力、标样的选取等。这样造成的结果是，对一种分析对象提出的方法不能应用到其它试样中去。关键是尚未找到一种实用有效的粉碎技术，可将粉末试样碎至1-2μm，这种粉碎技术要简单易行，否则就失去了X荧光光谱仪分析快速方便的特点。

X射线荧光光谱仪（XRF）是用于定性和定量分析样品中的元素含量的，其分析的元素范围为 Be (4号元素)到 U（92 号元素）之间所有元素（包括金属、非金属和气体元素） 。析样品可以是固体、粉未、胶体、液体等，分析的浓度范围为 ppm（百万分之一）到 **，分析速度可以快到 1-2 分钟一个样品。还可以进行过程控制、远距离数据传输。因此凡是涉及到需要进行元素成份含量分析的各行各业，XRF仪器都被广泛采用，如钢铁行业、水泥、有色金属、建材、环保、地矿等。 X 射线荧光光谱仪（XRF）分波长色谱和能量色散两种，由于在习惯上把能量色谱的XRF被称为“能谱仪” ，所以通常所说的 X射线荧光光谱仪是指的波长色散的仪器。现将波长色散的 X射线荧光仪的组成和工作原理简单介绍如下：如上图所示，X 光管发出 X 光线，照射到样品上，样品中由于元素的存在，这些元素吸收 X 光，使得电子运动从内壳层跃迁至外壳层，但由于处在外壳层不稳定，要回到内壳层，多余的能量会以二次 X光的形式发射出来，这就叫做 X荧光。不同的元素发出的 X荧光能量大小不同，其表现形式就是波长不同，而 X 荧光的强度则与这种元素的原子浓度关，浓度越高，其荧光强度越大。 上述从样品上发出的所有元素的 X 荧光为一种混杂光（所有波长混在一起，就像日光中的白光一样， 是由各色光组成， 所以习惯都称为 “白光” ） ， 经过仪器上的面罩和准直器（类似于其它光谱仪上的狭缝） ，射到分光晶体上。分光晶体的晶面就如同其它光谱仪上的光栅刻线一样，起到分光的作用，即将“白光”分解成“单色”荧光，这些“单色”荧光后投射到探测器，探测器计数到射入的光子数，并将之转为电子脉冲。在一定时间内的电子脉冲数在多道分析器中获得累加，后输出到电脑进行储存和数据处理，再通过与标准样品的对比，后得到元素的浓度含量数据。， X光管工作在一定的功率下，其电压很高，可以高到 60KV，因此，仪器上还有一个关键的设备称之为高压发生器，帕纳科公司的高压发生器为新式的集成化固态高压发生器，体积小、电流/电压变化平稳度高、速度快、噪音小，通过一系列的安全措施，充分保证实验人员的安全。另外，高压发生器需要按每一元素的特点改变供给 X 光管的电流和电压大小。如对于轻元素，需要提高电流、降低电压，对于重元素，则要提高电压、降低电流，以使得光管发出的 X 光的光谱特性都能分别适合对轻重元素的 X 荧光的有效激发，以达到佳的检测性能。为了实现快速的分析和保证光管的寿命，帕纳科的高压发生器在这方面还做到等功率的电流/电压值变换。如从 60KV/50mA 变为 50KV/60mA过程中，其它仪器要先经50KV/50mA 的过渡（因为电流和电压的变化不是同步进行的），这样功率就从 3kW 降到了 2.5kW 再上升为 3kW，这就称为不等功率的切换。在分析不同元素时因功率频繁的变动会大大降低光管的寿命，也使仪器变得较其不稳定，影响分析效果或降低分析速度。另外还有的仪器每更换一次样品时高压都要被关闭和重开，这也会大大影响光管的寿命另一个关键的设备为测角仪。由于从晶体分出的单波长 X光分布在不同的角度位置 （如同其它光谱仪上从光栅分出来的单色光成扇形分布一样） ，仪器将探测器安装在沿这些角度移动的测角仪上。通过测角仪，精确地将探测器移到某一元素谱线所在的角度位置，从而获得该元素的这一条谱线用于定量或定性分析。由于谱线的波长是通过角度确定的，所以测角仪的重复精度是非常重要，测角仪通过将光学编码做在角度盘上，它能够直接对角度位置进行光学定位，因此角度精度和重复性非常地高，并且不会因为长期运转而有所下降光管也是仪器上的关键部件，每支光管约 2 万美元价格，但它却是消耗品，通常每根光管的寿命只有 2 至3 年。生产的 X光管始终是好的，再加上高压发生器的等功率变换原理， **了光管的寿命可以长达 8 年以上。新型的光管采用了非传统的灯丝设计，不但大电流可达 160mA，而且光强度在很长的有效寿命时间内稳定不变。在仪器上使用的这些光管为尖细端头的陶瓷 X 光管，其前段比其它 X光管细很多，在仪器上可以更好地避开其它设备，从而更深入地靠光学编码盘近样品。这一点非常重要，因为光管的原理是由灯丝上发出的电子打到阳极靶上，X光从阳极靶上产生出来，它是一个点光源，X光在球面空间上发散，如果离样品越远，其光强度利用率就越少。理论上证明，样品上的光强度与阳极点到样品的距离（激发距离） 的平方成反比 （如左图所示） 。