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“戏说”XRF的前世今生,“兄长”与“小弟”的“恩怨情仇”

马尔文帕纳科发布时间:2019/12/17 14:08 点击: 加载中..

跨入隆冬,回首即将过去的2019年,在中美贸易战漫长的拉锯背景下,共和国喜庆了她的七十诞辰。历经了四十年改革开放后,由人口红利所带来的中国制造业粗放增长模式渐渐远去,许多关键词诸如“消费升级”、“制造业升级”、“智能制造”、“绿色转型”、“创新创业”开始越来越频繁的出现在我们的视野中。这些概念的出现,标志着新时代下制造业的新特点和新机遇,对于一直以来服务和支撑制造业的分析仪器行业而言,在面对新挑战的同时,也将拥有在产品的研发设计、工艺流程和流通流转的整个生命周期中更为广阔的应用前景。对于元素分析这项材料表征中最为基础的分析项目而言,X-射线荧光光谱(XRF)技术作为了一类成熟而又不断创新的分析手段,因其具有的绿色、小型化、即时性和灵活性等特点,必将更加广泛地与新的产业趋势相结合。

谈及XRF,在不同的从业者眼中的形象千差万别。既有电子显微镜上延伸出来的一个精巧的“金属盒子”;也有矿金实验室运转不停又风尘仆仆的“老师傅”;既是RoHS实验室中离不开的“筛分神器”;也是地矿队伍上山下乡野外勘查的“小伙伴”。各个XRF厂家在将这种技术手段应用于仪器分析来满足各个行业的实际需要时,XRF也变成了不同的样子。万变不离其宗的是:XRF大体上可以分成波谱仪(WD-XRF)和能谱仪(ED-XRF)两个兄弟流派。

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两者中,波谱仪(WD-XRF)(点击进入WD-XRF仪器专场)作为“长兄”,历经了数十年的发展,在追求灵敏度和分析效率这条大道上不断地突破自身。随着各厂商军备竞赛一般地提升产品配置,时至今日,在核心的X射线管、分光晶体(人工拟晶体)和正比计数器等光学部件上,波谱仪已经进入了发展的瓶颈期。对于纯粹意义上的波谱仪,其未来的发展方向将集中于软件和数据处理的进步和智能化,以及与其他设备协同工作的自动化。

作为“小弟”的能谱仪(ED-XRF)(点击进入ED-XRF仪器专场),则在过去的20年中有如青春期一般疯狂生长。其最为核心的部件——X-射线探测器,经历了正比计数器,Si-PIN,Si(Li),HpGe,SDD探测器等迭代更新,数字脉冲处理器的处理能力也跨越了数个数量级来到了1000~3000kcps这个量级。这些光学部件的更新换代不仅仅意味着参数指标层面的变化,对于分析仪器行业而言,也意味着需要重新评估能谱仪的应用前景。它将不仅仅被满足于RoHS指令的筛分和少数元素的分析,对于曾经由波谱仪独占的复杂应用领域,如今的能谱仪也有了可以一试的实力,对于部分特殊应用,能谱仪甚至展现出了优于波谱仪测试能力的一面。结合能谱仪所具有的光路简单、维护容易、便于场景化设计和小型化的特点,未来的能谱仪应用将有极大的想象空间。

在这样的技术背景下,XRF的革新也不仅仅局限于对能谱仪的迭代,WD+ED“双核”分析的理念也被引入到XRF的更新中(如马尔文帕纳科Zetium荧光光谱仪),将“长兄”与“小弟”集于一身。在这种“跨界”结合的尝试,可以同时获得两种方法检测样品中元素的光谱数据和定量分析结果,再通过数据分析以“突破”传统XRF分析能力的“边界”。

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马尔文帕纳科Zetium荧光光谱仪

这种WD和ED分析通道的共用,不但可以提升光谱仪的测试效率,同时可以通过能谱探测器的谱图记录功能,提升仪器对于数据流的回溯控制。此外,得益于能谱光路的精简设计,高效的分析能力令非均质样品的小区域分析及元素分布图的实际应用成为可能,解决了制造业的应用需求。

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样品的小区域分析及元素分布图

(by马尔文帕纳科Zetium荧光光谱仪)

XRF厂商在技术研发和产品创新上的不断努力,将帮助科研及工业生产的工作者更清晰地探知眼前的世界,同时,也将助力更多制造业者解析材料的奥秘,创造更美好的未来。

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