選購(gòu)X射線熒光光譜的組件時(shí)要注意什么

　　X射線熒光光譜是一種常用的光譜技術(shù)，既可用于材料的組成成分分析，又可用于涂層和多層薄膜厚度的測(cè)量等。

　　與所有的分析儀器一樣，在做出購(gòu)買決定前應(yīng)當(dāng)考慮許多因素，例如應(yīng)用領(lǐng)域等細(xì)節(jié)。以下是介紹采購(gòu)X射線熒光光譜的部件選擇

　　(1)氣氛

　　X射線熒光光譜儀能夠分析元素周期表中的大部分元素，具體而言，從鈉元素(原子序數(shù)Z=11)到鈾元素(原子序數(shù)Z=92)都可以利用這種技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)分析。但是對(duì)于原子序數(shù)較低的元素(鈦元素Ti，Z=22以下)，空氣會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響；由低原子序數(shù)元素產(chǎn)生的熒光值通常更低，并且樣品基體中的其它元素有可能會(huì)吸收低原子序數(shù)元素的能量輻射。

　　通常情況下，用于提高低原子序數(shù)元素的檢測(cè)靈敏度的方法主要為將儀器的樣品室抽成真空環(huán)境或者以氦氣(He)沖洗樣品室。

　　(2)探測(cè)器

　　新型探測(cè)器技術(shù)——硅漂移探測(cè)器(SDDs)能夠提高低能量敏感度，使得X射線熒光光譜技術(shù)可以對(duì)一些低原子序數(shù)元素進(jìn)行檢測(cè)分析，甚至是在空氣氣氛中也能進(jìn)行檢測(cè)，例如用于測(cè)量化學(xué)鍍鎳涂層中磷元素(原子序數(shù)Z=15)的含量。但是，大多數(shù)的低原子序數(shù)元素的檢測(cè)分析依然還需要隔離空氣氣氛。

　　在能量色散X射線熒光光譜儀中，硅探測(cè)器已經(jīng)變得非常普遍；今天用到的硅探測(cè)器要么就是上面提到的硅漂移探測(cè)器，要么就是Si-PIN探測(cè)器，而比較流行的第三種探測(cè)器是一種密封的、充氣的正比計(jì)數(shù)器(Prop Counter)。

　　對(duì)于不同的應(yīng)用用途，X射線熒光光譜儀體系中探測(cè)器的選擇也不盡相同——例如對(duì)于定性分析往往需要用到硅漂移探測(cè)器。

　　正比計(jì)數(shù)器探測(cè)器較大的半寬高(FWHM)會(huì)導(dǎo)致相鄰元素的檢測(cè)譜圖嚴(yán)重重疊，以至于利用峰值搜索算法和/或可見光譜觀察法都無(wú)法探測(cè)出其中某種或者多種成分的存在。對(duì)于一些需要鑒別元素成分的工業(yè)制造品，其質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果由于發(fā)生嚴(yán)重重疊，難以分辨，造成難以檢測(cè)。

　　雖然利用硅探測(cè)器也會(huì)發(fā)生譜圖上的峰重疊現(xiàn)象，但在大多數(shù)的情況下，這些重疊峰能夠被輕易的分離和識(shí)別，這些特征使得硅探測(cè)器體系極其適用于定性分析和來(lái)料檢驗(yàn)等方面。

　　組成能量色散X射線熒光光譜儀的電子器件一般都非常穩(wěn)定，不會(huì)影響分析精度；而無(wú)規(guī)計(jì)數(shù)誤差通常對(duì)測(cè)量精度的影響較大。計(jì)數(shù)誤差一般遵循泊松統(tǒng)計(jì)分布——每次測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)越多，測(cè)量精度越高。

　　硅漂移探測(cè)器具有很高的數(shù)據(jù)吞吐量，因此當(dāng)測(cè)量需要多采樣、高精度時(shí)可以考慮使用這種探測(cè)器；但這通常需要樣品具有較高的熒光強(qiáng)度值。熒光強(qiáng)度值取決于樣品——如樣品類型，樣品測(cè)量區(qū)域等。

　　在分析測(cè)量一些薄膜或者小樣品時(shí)，樣品的特性可能會(huì)很微小。當(dāng)樣品或者樣品區(qū)很小(直徑只有幾十微米)時(shí)，探測(cè)器的立體角則會(huì)起到很大的作用。而樣品或樣品區(qū)很小的情況往往都發(fā)生在測(cè)量電子元件和功能性涂層厚度等時(shí)候，這時(shí)正比計(jì)數(shù)器(Prop Counter)就成為了一種非常受歡迎的選擇，因?yàn)檫@種探測(cè)器具有的大俘獲角允許可以使用更小的準(zhǔn)直儀。因此，當(dāng)樣品譜圖相對(duì)簡(jiǎn)單，含有元素只有兩到三種，樣品分析區(qū)域直徑小到100-200微米時(shí)，正比計(jì)數(shù)器Prop Counter則是一個(gè)非常理想的選擇。

　　(3)X射線源(X射線管、供電電源、濾光片、光束尺寸)

　　這里將一些組件都列到X射線源里面統(tǒng)一討論，包括X射線管、電源供應(yīng)器、濾光片、光束尺寸。

　　X射線管和供電電源決定了檢測(cè)樣品將受到的能量強(qiáng)度和能量分布。商業(yè)化的能量色散X射線熒光光譜儀中用到的大多數(shù)X射線管都是50KV，1mA(50W)規(guī)格的。50KV的高電壓能夠提供更高的激發(fā)效率；X射線管通量可以利用燈絲電流設(shè)置進(jìn)行控制。

　　X射線管本質(zhì)上是一個(gè)在高電壓下工作的二極管，包括一個(gè)發(fā)射電子的陰極和一個(gè)收集電子的陽(yáng)極(也即靶材)；比較常用的陽(yáng)極材料有鎢(W)、銠(Rh)、鉬(Mo)和鉻(Cr)等，其中鎢(W)和銠(Rh)使用最為廣泛。鎢金屬能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的軔致輻射，也因此能得到更高的能量(17-30KeV)激發(fā)效率。對(duì)于低原子序數(shù)元素的激發(fā)，則通常選取銠(Rh)元素。

　　濾光片通常置于X射線管窗和樣品之間以過(guò)濾由X射線管產(chǎn)生的特定能量波。濾光片主要起到兩方面作用：

　　一是當(dāng)X射線管可能會(huì)對(duì)樣品中待檢測(cè)元素產(chǎn)生影響時(shí)去除管特征譜的干擾；

　　二是去除光譜背景的主要來(lái)源——背散射輻射。光譜背景峰的去除能夠有效提高峰/背比響應(yīng)值，提高檢出限。

　　光束尺寸通常由具有不同直徑的圓形(有時(shí)也為矩形)準(zhǔn)直器控制；準(zhǔn)直器尺寸與準(zhǔn)直器到樣品間的距離決定了其分析領(lǐng)域。