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XRF 是分析古代文物和陶器的重要工具，可用于确定其成分和来源，并揭示过去文明的潜在贸易路线。例如，考古学家可以使用 XRF 分析金属工具或珠宝，以追踪原材料的来源。同样，在艺术品保护方面，手持式 XRF 分析仪可以识别绘画或雕塑中使用的颜料和材料，帮助进行真实性验证和修复项目。
X射线荧光（XRF）是一种无损分析技术，用于各类样品元素的定性和定量分析。样品暴露在X射线下，其原子会发出荧光，再将荧光传回至检测器。通过测量这种荧光来识别存在的元素并确定其浓度。XRF可以快速准确的分析固体、液体以及粉末，因而被广泛用于材料科学、环境分析、考古学和采矿等领域。它的主要优势包括结果快速、最少的样品制备以及能够分析多种材料。了解更多有关XRF及工作原理，请参阅博客文章。
什么是X射线荧光？
X射线荧光或XRF是一种用于分析材料元素组成的无损技术。当样品暴露在X射线下时，X射线会激发样品中的原子。这种激发会使原子释放特征的X射线。每个元素释放的射线是特定的，通过检测和测量可以识别样品的元素以及确定其浓度。
XRF可以简单描述为以下四个步骤：
- 发射：XRF分析仪通过X射线管发射X射线。
- 激发：X射线照射样品，样品发出荧光，将X射线返回至XRF分析仪的检测器。
- 测量：检测器对返回的X射线进行计数。检测器测量每条x射线的能量，形成光谱。这些信息揭示了哪些元素存在以及每种元素的含量。
- 结果：谱图经软件处理后显示为样品的元素组成。可在短短两秒内确定样品的组成。
XRF分析仪主要包括哪些部分？
XRF 主要包括以下核心部分
X射线光源
X 射线管（图 1）将电能转换成 X 射线，类似于灯泡将电能转换成光。只有当电流流过X射线管时，才会产生X射线。电子管中的灯丝可以由多种材料制成，如铑、钨、金或银。没有单一灯丝材料优于其他材料；灯丝选择取决于X射线管的具体应用。
X射线检测器
X 射线检测器（图 1）捕捉并测量样品重新发射的 X 射线。它的功能类似于智能手机中的数码相机，将X射线转换成电信号。XRF 分析非常常用的检测器是比例计数器（prop counter）、硅 PIN（Si-PIN）探测器和硅漂移检测器（SDD）。其中，SDD 具有非常适宜的性能和灵敏度。
图1.
XRF 过程分析仪模块的简化截面图，显示如何分析液体样品
XRF 过程分析仪模块的简化截面图，显示如何分析液体样品
内部处理器管理 X 射线管、X射线检测器、高级校准、触摸屏、无线功能和所有其他组件。它控制X射线管的运行，并将检测器的计数转换为显示的化学成分。
测量池
在线 XRF 过程分析仪可使用测量池，分析仪经过编程，可按预定时间间隔自动从过程生产线中提取样品。然后，提取的样品被转移到测量池（图 1）中，暴露在 X 射线源产生的 X 射线下。样品中的原子会吸收这些 X 射线，并以特定的能量重新发射出来，这些能量是所含元素的特征。分析完成后（通常在几秒钟内），样品可以返回到流通池中，或者被丢弃。为确保更准确的分析，样品还可能需要经过过滤等预处理步骤，以去除颗粒物质。这些预处理步骤都是自动化的，以优化分析过程。
XRF有哪些优势？
X 射线荧光分析为现场和实验室专业人员提供了许多优势。XRF 的优点包括：
- 1、 无损检测：XRF 是一种非破坏性技术，既不会改变也不会损坏样品，因此可以在不改变化学成分的情况下进行分析。这样，从分析开始到分析结束，样品都能保持其原始状态。
- 2、 结果快速：XRF可快速给出分析结果，通常只需要几秒钟到几分钟。因此非常适合在各种应用中进行实时分析和快速决策。与传统的湿化学技术相比，它大大缩短了分析时间。
- 3、 多元素分析：XRF可以从单一样品测量中定性和定量多种元素，从而实现高效、全面的元素分析。
- 4、 多功能性： XRF 可以分析各种样品，包括固体、液体和粉末。它的多功能性使其适用于采矿、金属生产、电子、环境检测、石化、能源生产等多个行业。
XRF 的应用
根本上来说，XRF是一种元素分析技术。这意味着XRF在成分分析方面的应用几乎是没有限制的。由于XRF是一种元素分析技术，而万物都是由原子构成，因此近乎所有的材料都可以用XRF分析。
由于 XRF 是一种无损技术，因此即使是贵重或易碎的样品也可以进行评估，而不会产生任何有害影响。手持式 XRF 分析仪携带方便、易于使用，对于需要进行快速、准确和微创分析的现场或原位调查尤为重要。
常规XRF的应用包括：
图2.
图2 Vanta 手持式 XRF 分析仪可为采矿和地球化学应用提供即时的现场元素测量。 图片由 Evident 提供。
手持式 XRF 设备是鉴定和描述岩石和矿石矿物成分不可或缺的工具（图 2）。它们为地质学家提供实时数据，用于绘制矿床图或评估土壤和沉积物的元素构成。
在勘探或 “绿地 ”方面，地质学家利用 XRF 发现铜、铝或铁等有价值基本金属的主要矿藏，甚至钴、钕或金等关键金属。
图3.
Vanta 手持式 XRF 分析仪用于现场环境评估。 图片由 Evident 提供。
在背面或 “棕地 ”方面，土壤科学家可以使用 XRF 检测和定量污染或有毒重金属的存在，从而指导修复过程并帮助确保公共安全（图 3）。
XRF 在监测污染程度方面发挥着重要作用。它通常用于分析土壤、沉积物或空气微粒中的铅、砷或镉等重金属。这有助于科学家评估环境污染，并符合监管标准。
图4.
手持式XRF分析仪为废料回收和金属制造行业提供快速合金识别服务。图片由Evident提供。
从矿山到金属厂，从工厂到游乐场，从钱币到消费品，XRF 在无损材料分析中发挥着重要作用。
从矿山到金属厂，从工厂到游乐场，从钱币到消费品，XRF 在无损材料分析中发挥着重要作用。
过程分析中的XRF
一般来说，过程分析是一种研究如何完成一项任务的方法。其最终目的是确保工作达到目标，同时找到提高当前流程的质量、效率和安全性的方法。XRF 技术是帮助实现这些目标的重要工具。该技术不局限于任何特定行业，可用于固体或液体样品。采矿、锻造、水泥生产、石油和天然气（石化）、电池（能源）、制造和回收等工业应用都能从 XRF 的应用中受益。
优化Zn-Ni电镀液
在线 XRF 过程分析仪的设计是用于对各种行业的液体样品进行连续监测，在这些行业中，元素分析是必不可少的。在线 XRF 过程分析仪的一个优势领域是锌镍电镀行业。
在金属电镀行业，在线 XRF 过程分析仪改变了电镀过程的监测和控制方式。
过去，每隔六小时就要进行一次手工滴定，以分析锌镍电镀液中的锌和镍含量。这种方法提供的数据点有限（图 5），难以确定趋势或停机时间。因此，这种方法会导致性能不理想、浪费增加和产品质量不稳定。
图5.
每隔六小时进行一次人工滴定，以分析锌镍电镀液中的锌和镍含量。这种方法提供的数据点有限。
相比之下，在线 XRF 过程分析仪可提供锌镍电镀液中金属离子浓度的实时、高分辨率数据（图 6）。这些仪器可实现精确的工艺控制，提高产品质量，减少化学品消耗，并将对环境的影响降至最低。
图6.
使用在线 XRF 过程分析仪获得Zn-Ni电镀液中Zn和Ni含量的实时、高分辨率数据。与手动滴定方法相比（图 5），这种方法能提供更多的数据点。
图7
瑞士万通过程分析的2060XRF可对液体样品进行在线元素分析，以优化过程控制。该分析仪使用铑和钨源以及硅漂移检测器（SDD）。
作为一种实时、自动化的解决方案，XRF 为过程分析带来了许多优势，包括
- 1、 质量提升：自动 XRF 为工艺控制和优化提供实时元素监测。它可以持续验证所需的结果，并在工艺变化超出规格限制时迅速通知操作人员。
- 2、 效率提升：在线元素分析消除了人工测试和可能出现的人为错误，从而大大提高了效率。灵活的数据管理还能实现在线和离线测试，可用于连接不畅的偏远地区。
- 3、 安全：质量验证对于关键部件来说至关重要，可防止过早出现故障或事故，而自动 XRF 可确保产品 100% 经过测试和验证。对于要求符合 RoHS 的其他应用，XRF 使用户能够证明产品不含任何有害物质。
结论
XRF 的多功能性和现场分析能力使其成为各行各业的重要工具。无论是用于精炼、电镀、水泥生产、电子制造、采矿还是考古，便携式 XRF 技术都能为元素分析提供强大而实用的解决方案。在全自动过程分析领域，XRF 技术可使制造商显著改善运营，从而增加价值。通过实时了解关键工艺参数，制造商可以优化资源利用、提高产品质量、减少停机时间，并根据数据做出决策，从而提高效率和环保性能。
知识拓展
宣传页：高效镀液质量控制——采用XRF在线分析锌镍含量，优化工艺管控
宣传页：提升锂电生产效率——XRF在线检测正极活性物质(CAM)中的金属成分
网络研讨会：XRF在线分析白铜镀液中的铜、锡、锌技术
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