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关于对X射线荧光光谱仪中的一种新型XRF技术中的摩擦电效应的简介
发布时间:2021-01-12 点击:0

近年来,X射线荧光光谱分析技术的进步主要体现在仪器成本的降低和体积尺寸的减小,这些进步均有效的扩大了XRF的使用范围。

首例商业化手持式X荧光光谱仪(HHXRF)大约诞生于20年前,这是该技术发展历史上的一个重要转折点,因为HHXRF的出现实现了从固定的台式光谱仪到移动化便捷设备的转变。68年后,一种新型的X射线荧光技术诞生。受益于这种新型X射线荧光技术的无疑是制造业、机械加工、金属加工、废品回收以及钢铁回收等行业中的质量管理部门,对于这几个行业,几乎所有人都会非常关心他们产品的质量问题。此外,一些先前因为成本高昂而从未考虑过使用X射线光谱分析技术的领域也能受益于此并开始使用XRF,包括航天航空、汽车和医疗仪器等行业。下面光谱仪厂家小编对X射线荧光光谱仪进行了简单的阐述。

X荧光光谱仪由以下几个组成部分

1、X射线管;2、X射线探测器;3、多通道分析器;4、计算机。

如上所述,X射线管也即是产生用于激发检测样品的X射线的地方。X射线管具有两种不同类型的X射线源:放射型和高压型。放射型X射线源通常较为简便、体积较小,成本较低;但是,这种放射源不能被关闭,并且会对环境、使用者等造成一定的危害,因此,对于这种类型的X射线源的使用需要进行注册登记,同时对其运输和处理都具有一定的限制,此外,人们还需要对这种放射源进行定期测试。另一方面,因为高压X射线源不含有放射性污染,并且能够被“关闭”,因此对于这类X射线源的使用则没有那么多的限制。但是,高压X射线源需要用到高压电源以产生并释放出所需的X射线。  

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手持式X荧光光谱仪组成示意图


目前有很多方法可以实现X射线荧光光谱分析,因此,为了避免混淆,我们以能量色散X射线荧光光谱分析技术(EDXRF)为例,专注于XRF的细节部分。X射线荧光光谱仪主要包括组成一条信号链的四大子系统:1、X射线管;X
X射线管    
X 射线管是工作在高电压下的真空二极管,其包含有两个电极:一个是用于发射电子的灯丝,作为阴极;另一个是用于接受电子轰击的靶材,作为阳极。两级均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外壳内。施加到该灯丝上的电流使其加热至1000摄氏度,因此它能发射出电子。一旦灯丝发射出电子,在灯丝和阳极之间施加高电压以加速电子在灯丝与阳极之间的移动。加速电子与阳极之间的相互作用即可以引起X射线的产生。阳极材料中的元素类型决定了发射出来X射线的能量大小。X射线探测器X射线探测器主要是用于测量目标样品发出的X射线荧光,目前市场上已经有多种不同类型的X射线荧光分析探测器可用。

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X荧光光谱仪探测器

探测器

能量色散X射线荧光光谱分析技术通常使用的为固态探测器,例如SI-PIN探测器或者硅漂移探测器(SSD)等。每种类型的探测器在不同的应用方面都具有不同的优劣势,因此并不存在好与差之分,只需根据具体需求进行选择即可。

分辨率和灵敏度

分辨率和灵敏度是X射线探测器两个重要的性能参数。一般情况下,分辨率越高意味着探测器可以检测更多能量水平之间的差异;灵敏度越高意味着探测器能够检测到更多的辐射量子。

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X荧光光谱仪

计算机

处理计算机主要起到管理用户界面和通讯的作用,此外还具有存储、检索和显示数据等功能。X射线荧光光谱仪能够发展为移动的手持式设备,在某种程度是因为计算机功能能够驻留在较小的嵌入式应用处理器上,处理器变小使得整体体积也因此变小。由摩擦效应产生X射线的新型XRF技术摩擦发光是一种通过机械作用(如拉动、撕裂、刮擦、压碎或者不同材料间的摩擦等)而产生光的现象。例如:当敲碎蔗糖晶体时或者剥离胶带时就能观察到这种现象;这种现象从很久之前的古文明时期就被人们所发现。

20世纪80年代,人们发现在X射线能量范围内,真空管内的机械作用能够产生光;2008年,一批来自美国加州大学洛杉矶分校的物理学家受到美国国防部研究计划局资助,对这一发现进行了进一步的扩大和研究,并证明了他们能够以一种有效且可重复的方式通过摩擦发光现象产生X射线。研究结果表明,利用摩擦发光产生X射线对于降低X射线产生的复杂性和成本具有非常深远的影响。人们能够通过机械性的将材料挤压到一起再将其拆分以达到摩擦起电效应,进而在目标阳极释放掉足够多的电子以产生必要数量的X射线进行X射线荧光分析操作。简言之就是利用一套机械性体系取代高压电源来产生X射线。这项创新能够降低整个X射线荧光光谱仪的成本达50%左右,并且有助于提升手持式X荧光光谱仪的使用范围。  

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