xrf是什么_xrf测试

XRF是什么??XRF测试及XRF原理,本内容深入探讨了XRF的相关内容，并做了整体的讲解分析。

1.什么是XRF?

XRF:X射线荧光光谱分析(X Ray Fluorescence)

人们通常把X射线照射在物质上而产生的次级X射线叫X射线荧光（X—Ray Fluorescence），而把用来照射的X射线叫原级X射线。所以X射线荧光仍是X射线。

一台典型的X射线荧光（XRF）仪器由激发源（X射线管）和探测系统构成。X射线管产生入射X射线（一次X射线），激发被测样品。受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性。探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量。然后，仪器软件将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。X射线照在物质上而产生的次级 X射线被称为X射线荧光.

利用X射线荧光原理，理论上可以测量元素周期表中的每一种元素。在实际应用中，有效的元素测量范围为11号元素 （Na）到92号元素（U）。

2.X射线荧光的物理原理：

X射线是电磁波谱中的某特定波长范围内的电磁波，其特性通常用能量（单位：千电子伏特，keV）和波长（单位：nm）描述。

X射线荧光是原子内产生变化所致的现象。一个稳定的原子结构由原子核及核外电子组成。其核外电子都以各自特有的能量在各自的固定轨道上运行，内层电子（如K层）在足够能量的X射线照射下脱离原子的束缚，释放出来，电子的逐放会导致该电子壳层出现相应当电子空位。这时处于高能量电子壳层的电子（如：L层）会跃迁到该低能量电子壳层来填补相应当电子空位。由于不同电子壳层之间存在着能量差距，这些能量上的差以二次X射线的形式释放出来，不同的元素所释放出来的二次X射线具有特定的能量特性。这一个过程就是我们所说的X射线荧光（XRF）。

X射线的波长

元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，根据莫斯莱定律，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

式中K和S是常数。

X射线的能量

而根据量子理论，X射线可以看成由一种量子或光子组成的粒子流，每个光具有的能量为：

E=hν=h C/λ

式中，E为X射线光子的能量，单位为keV；h为普朗克常数；ν为光波的频率；C为光速。

因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,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。

3.X射线荧光应用及分析

a) X射线用于元素分析，是一种新的分析技术，但在经过二十多年的探索以后，现在已完全成熟，已成为一种广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域。

b) 每个元素的特征X射线的强度除与激发源的能量和强度有关外，还与这种元素在样品中的含量。

c) 根据各元素的特征X射线的强度，也可以获得各元素的含量信息。这就是X射线荧光分析的基本原理。

4.X荧光与其它方法比较

优点:

a) 分析速度高。测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，2～5分钟就可以测完样品中的全部待测元素。

b) X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。（气体密封在容器内也可分析）但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围内，这种效应更为显著。波长变化用于化学位的测定 。

c) 非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变，也不会出现试样飞散现象。同一试样可反复多次测量，结果重现性好。

d) X射线荧光分析是一种物理分析方法，所以对在化学性质上属同一族的元素也能进行分析。

e) 分析精密度高。

f) 制样简单，固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。

缺点：

a）难于作绝对分析，故定量分析需要标样。

b）对轻元素的灵敏度要低一些。

c）容易受相互元素干扰和叠加峰影响。

5.X荧光分析仪的分类

不同元素发出的特征X射线能量和波长各不相同，因此通过对X射线的能量或者波长的测量即可知道它是何种元素发出的，进行元素的定性分析。同时样品受激发后发射某一元素的特征X射

线强度跟这元素在样品中的含量有关，因此测出它的强度就能进行元素的定量分析。

因此，X射线荧光光谱仪有两种基本类型：

波长色散型（WD-XRF）和能量色散型（ED-XRF)

如下图：

XRF测试若干问题：

　　XRF中文称为X射线荧光光谱仪，它包括能量色散型X射线荧光光谱仪(EDXRF)和波长色散型X射线荧光光谱仪(WDXRF)，WDXRF在精度和准确度方面要比EDXRF好，价格也较高。目前市场上使用较多的是EDXRF。无论是哪种X射线荧光光谱仪，它都是利用荧光散射的原理探测样品中是否存在某种元素，所以具有方便、快捷、不破坏样品、省时省事的优点，非常适用于大批量原材料的验货分析。但它存在下述问题：

　　第一，XRF只能进行元素分析，而不能进行价态分析。即它的分析结果包括所有价态的元素总量。例如Cr的分析，它分辨不出材料中Cr是以金属Cr、三价铬还是六价铬的形式存在，只能给出总铬的含量。

　　第二，XRF受基体干扰非常严重。即材料的组成成分对结果影响很大。一般来说对单纯的材料，如PP、PE、PS、高纯度的金属等，XRF测试结果的误差范围为±30%甚至更低;对复合材料，如PC+ABS、PS+PE、各种合金(含量大于1%的元素超过2种)，XRF测试结果的误差范围为 40～50%，材料越复杂误差越大。所以合金的测试结果误差一般要比复合塑胶的测试结果大。下面以RoHS测试为例，对台式EDXRF测试结果X进行如下解释：

　　元素 单纯的塑胶材料 单纯的金属材料 复合材料

　　Cr X<700ppm，可视为满足要求 X<700ppm，可视为满足要求 X<500ppm，可视为满足要求

　　X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 X>500ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析

　　Br X<300ppm，可视为满足要求 —— X<250ppm，可视为满足要求

　　X>300ppm无法判断是否满足要求 —— X>250ppm无法判断是否满足要求

　　Pb X<700ppm，可视为满足要求 X<700ppm，可视为满足要求 X<500ppm，可视为满足要求

　　1300ppm>X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 1300ppm>X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 1500ppm>X>500ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析

　　X>1300ppm可视为不满足要求 X>1300ppm可视为不满足要求 X>1500ppm可视为不满足要求

　　Hg X<700ppm，可视为满足要求 X<700ppm，可视为满足要求 X<500ppm，可视为满足要求

　　1300ppm>X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 1300ppm>X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 1500ppm>X>500ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析

　　X>1300ppm可视为不满足要求 X>1300ppm可视为不满足要求 X>1500ppm可视为不满足要求

　　Cd X<70ppm，可视为满足要求 X<700ppm，可视为满足要求 X<70ppm，可视为满足要求

　　1300ppm>X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 1300ppm>X>700ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析 1500ppm>X>500ppm无法判断是否满足要求，需进行化学分析

　　X>1300ppm可视为不满足要求 X>1300ppm可视为不满足要求 X>1500ppm可视为不满足要求

　　从上述描述可知，XRF最适合用于材料是否符合法规要求的快速筛选，XRF的测试属于定性半定量测试，XRF的测试结果不能用于符合性判断的准确结果。

XRF操作问题解答

　　1.R o HS测试时，为什么记数率变化很大?

　　答：由于材料不同，X荧光对不同的材料的激发效率就是不同的，所以记数率不相同的，同时，是因为金属成份比较复杂，其测量的记数率变化更大，其变化并不影响实际的测量结果。

　　2. 样品测试时间有多长?

　　答：测试时间越长，其测量的精度会越高，一般测量的时间与样品的测试记数率有关，记数率越小，所用的测量的时间越长，一般测试时间120-200秒，记数率较小时，我们建议200秒为佳。

　　3. 液体，油墨可以在贵公司仪器测试吗?

　　答：可以，我们的仪器可以测液体，粉体和固体中的有害金属成份，测试方法非常简单。

　　4. 为什么测试结束后，没有弹出含量结果框?

　　答：因为样品命名适用了特殊字符，样品命名不能使用“/，﹨：，?特殊字符，这是由Windows操作系统的限制。

　　5. 为什么一个峰，一半是汞的颜色，一半是铅的颜色?

　　答：(1)峰漂移，这种情况应重新初始化。

　　(2)其他元素的干扰。这种元素的并非是汞和铅。

　　6.为什么测不锈钢要把电流降低到150微安?

　　答：因为不锈钢容易受激发，电流太大造成记数率太高，造成的光谱堆积现象严重，即得测量的误差加大。

　　7.为什么不可测针脚?

　　答：针脚是可以测试的，如果测试其ROHS指标，可直接进行测试，如果测试镀层，需要使用小的准直器，并使用标样标定，同时要测试多点的平均值，这样就可以达到测试的要求。

　　8.为什么测量小样品时，要用直径小的准直器?

　　答：在测量小样品时，使用大的准直器是可以测量的，其测量的结果比较准确。使用小的准直器多是测量样品的某点含量的样品的干扰，如：测量PCB板上的焊点，可以减少“绿油”的影响。

　　9.为什么相近元素，会相互干扰?

　　答：因为相近元素的电子受激发的能量相近，光谱会相互叠加，同时会互相抬高背景。所以容易相互干扰。

　　0.为什么测不出锡中的镉?

　　答：锡中的镉是可以测量出的，只是由于目前的锡标样很多没有镉的标准含量值，所以目前没有测量其结果，同时因为锡峰干扰了镉的峰，测试的结果偏差稍大。

　　11.你们仪器的精确度和准确性怎么样?

　　答：仪器的精度由于样品和含量的不同，其测量的精度不同，以塑胶为例：1000ppm左右的含量其偏差在30ppm左右;在100ppm左右的含量，其偏差为10ppm左右。高含量的绝对偏差大，但相对偏差小;低含量绝对偏差小，而相对偏差大。

　　12.为什么不能测量出六价铬、PBB和PBDE的含量?

　　答：因为X荧光原理决定的，X荧光光谱仪只能测量物质中的元素的总含量，而对其的化合状态无法判别，所以，六价铬，PBB和PBDE的含量无法检测。

　　13.仪器对周围环境有什么要求?

　　答：环境温度16-30℃，最好有空调。相对温度≦70%，越低越好。

　　14.同样的样品，他们测量结果和SGS的测量结果为什么不一样?

　　答：X荧光测试设备属于表面测试，对不同物质，表面穿透能力不一样。SGS是湿化学分析法，它是将样品均匀溶解，然后进行测量。如果多测的材质是均匀的样品，两者的测量结果相当，其相差在同等数量级上。如果表面有涂附层，那么两者测量的偏差是比较大。

　　15.为什么测试会弹出“除零错误”?

　　答：选择工作曲线不正确，准直器放错，测试时间太短，样品太小，记数率偏低都有可能出现“除零错误”，同时，如果工作曲线的数据被破坏，同样会造成“除零错误”：如果操作系统使用在“来宾”帐户下，同样也会出现“除零错误”的。

　　16.记数率偏低，为什么?

　　答：跟样品的材质、大小和厚度有关：同时，探测器或X光管处于有污染物，同样对探测记数率有很大的影响。

　　17.曲线出现 负 斜率，为什么?

　　答：(1)标样的 谱 测试不正确，或者含量值输入不正确

　　(2)人为勿加入非标样点，即数据错误。

　　18.为什么测试时，有很高的峰谱，而结果确是ND?

　　答：这种情况是由于其它元素光谱的干扰，其干扰在软件中已经做了校正处理，所以看到的结果是ND的。还有一种情况就是软禁中的标准测试数据有错误，或者被更正。

　　19.为什么重新调出以前测试的样品谱结果不一样?

　　答：(1)选择的样品类型与上次测量的类型不一样。

　　(2)这个样品谱无意中被另外的样品测试时覆盖过了。

　　20.在测试中，为什么对提示样品太小?

　　答:这一问题出现在成份分析软件中，在ROHS软件中无此现象，其多是在“一起参数”选项中选择了“控制记数率”项后，在测量时因为以下原因产生：

　　(1)选错工作曲线

　　(2)样品没有放好或太小

　　(3)选错准直器

　　21.为什么测锡中的铅，铅的峰会漂移?

　　答：其不是漂移现象，是观察谱图的错觉，那是因为锡中掺有铋元素，铋在铅峰的附近而造成的错觉。

　　22.为什么在ROHS测试无论测什么东西记数率都只是几十到几百?

　　答：探测头或准直器内可能有杂物遮挡。另外，仪器光路系统故障，或者仪器的设置参数被人为修改。

　　23.为什么ROHS在测试时，更换准直器后，软件会死机，关掉重新打开又可恢复使用?

　　答：这种现象很少见过，最有可能造成测试软件死机的Windows操作系统故障引起。

　　24.为什么在ROHS测试完后数据会丢失?

　　答：(1)保存路径不正确

　　(2)非正常关机

　　(3)使用了特殊字符

　　25.为什么ROHS测金属的结果与SGS有很大的差异?

　　答：(1)光谱分析为表面物理分析，SGS采用化学溶样分析方法，两种测量方法之间的差别。

　　(2)金属标样自身的误差

　　(3)金属标样表面有镀层

　　26.为什么谱的保存路径要和软件的安装路径一致?

　　答：软件本身设计时候的要求

　　27.为什么有时选择自动调节记数率，而有时则不选?

　　答：这与测试的样品和采用的测量方法有光，原则是：当计算结果与样品的记数率无关时，才可以采用调试记数率。

　　28.为什么 建议 每次开机都要先初始化?

　　答：这样可以保证仪器的硬件条件处于最佳的状态。

　　29.为什么开机先要预热30分钟?10分钟可以吗?

　　答：仪器充分预热可以保证测试数据的准确性，我们建议预热30分钟。同时还有快速预热方法，有我们工程师培训，可以达到10分钟预热。

　　30.为什么用第四条曲线测PCB板的铜箔时，明显有溴的峰，但怎么会报ND?

　　答：因为溴的峰是绿油部分的，软件自动将非金属部分的影响元素过滤掉。在新的软件中将去除对金属中溴的测量。

　　31.为什么表面镀锡的金属材料，一定要选用锡中的铅工作曲线测量，而不能用金属工作曲线呢?

　　答：因为X荧光是表面分析测试仪器，如果金属表面镀锡，那么测量的最终结果中，锡的成份占主要的，如果用金属的类型去测试，其结果误差很大。

　　32.为什么测标样681时，测得数据与标样含量偏差较大?

　　答：681相对680而言，含量是比较低，对于的含量的样品，测量的数据受到背景的影响比较大，所以测试结果相对较大，但其测量的绝对偏差要小一些。但是680的偏差如果不大，那对ROHS检测判定就没有什么问题。

　　33.为什么在同样条件下，连续测量两次的结果偏差比较大?我们究竟选用哪个结果?

　　答：一般仪器同等条件测试的结果偏差大，有以下两种原因：

　　(1) 样品的不均匀造成的

　　(2) 仪器内部的对比的数据被认为更动。

　　(3) 仪器收到外界干扰，如：电源的干扰。

　　(4) 仪器发生硬件故障。