便携式X射线荧光元素分析仪的应用

祁昌炜 ，朱杰勇 ，王佳音 ，刘 磊

（1.昆明理工大学国土资源与工程学院，云南昆明650093；

2.云南灾害测报防治高技术开放实验室，云南昆明650093）

1 仪器简介

1.1 仪器概况

本研究所使用的便携式X荧光光谱仪为美国NITON公司生产的XL3t500型手持式合金分析仪.该荧光分析仪使用50 kV、2-Watt微型X射线管，半导体制冷检测器，激发源为金靶50 kV/40μA（最大值），分辨率小于190 eV.仪器测试条件：用X射线激发金靶，激发能量 50 kV/40 μA，检测时间 30 s［1］.

1.2 仪器分析原理

使用X射线荧光进行元素分析试验样品，在其构成原子受到外部辐射源的激发之时，会放射出X射线，而X射线荧光分析就是一种基于该现象的技术.当X射线从X射线管被激发，撞击构成这种试验样品的原子时，它将逸出该原子的一个内层电子.而这个撞击出的空穴，瞬间会被更高能级的外层电子填充.而两个能级的能量差，在撞击的过程中以X射线的形式辐射出来.我们把这种辐射称为“特征X射线”，因为对于某种放射的元素（或原子），其特征X射线的能量是特定且唯一的.如果我们能够测量出这种能量以及由单种元素产生的“特征X射线”的强度，那么就可以分别在定量和定性两个方面，实现X射线荧光分析 .

1.3 仪器的主要性能指标

仪器主要的测试模式有矿业模式和土壤模式，分别能够测试30种元素和32种元素，具体测试元素见表1.

表1 XL3t500型便携式X荧光光谱仪测试元素Table1 Elements tested by the XL3t500-mode portable XRFanalyzer

2 便携式X射线荧光仪的使用

2.1 测试模式

1）标准块状样品模式：此模式操作适合于目标元素含量小于1%的任意样品，应用了某特定样品的康普顿效应（X射线与原子非弹性碰撞）.当X射线照射时，并没有激发出荧光而仅仅与样品中的原子发生碰撞，这时就产生康普顿散射效应，它的产生的强度与样品的浓度（平均原子量）成比例［3］.一个轻元素样品如土壤和沙样品产生的康普顿散射效应较重元素如矿石样品更强些.分析仪分析这些散射峰并自动调整基于样品物质的浓度，而且使得分析样品时不需考虑特定地点的探头矫正标准.这一模式主要用于分析土壤中的元素污染物.

2）Cu/Pb矿业模式：矿业铜铅模式分析土壤和其他块状样品而不需要针对某一矿石母质进行调整.该模式是分析岩石或土壤的理想模式，而且对元素含量等于或大于1%的样品分析效果理想.矿业铜铅测试模式主要针对样品中含量大于1%的轻质矿石金属元素的分析测试.整个基本参数算法可使仪器精确地检测出从百分之几到100%的元素含量，并自动纠正元素间相互的影响.XRF分析仪不能检测出轻于钙的元素及其化合物，通常的样品成分如氧化物、碳酸盐和硅酸盐等都不能被检测出.如果要精确校正结果，需要通过为单个元素添加校正因子来校正轻元素对测试结果的干扰.这些线性相关的校正因子提高了基本参数校正的精确性.对每类矿石的测试只需输入一次校正因子.

2.2 仪器校正

1）校正探头屏幕：为使仪器测试时能达到最佳状态，在每天使用分析仪之前都要对其做探头校正，在测试的数据出现明显不一致的情况时也须进行探头校正.仪器探头校正将持续一段特定的预设时间过程，目的是使仪器能够在野外操作中正常发挥性能.当仪器进行探头校正时，要避免仪器振动、噪音、强电场或其他对仪器的可能干扰.仪器校正屏幕一直显示，直至校正完毕，而后显示校正结果.

2）仪器偏差校正：如果分析仪测试结果表明需要进行偏差修正，则需要按照确定校正因子的步骤进行.如果分析的地点发生变化，一个可取的做法是建立一些检验的标准以确定分析仪测试结果仍在可接受的范围内.确定校正因子需要至少3个标准样品，标准样品数量越多，获得的结果就越好.步骤如下：①选择矿业测试模式；②确定仪器中的所有校正因子都已设置未默认值（斜率为1，截距为0）；③每个滤光片测试至少测试120秒；④通过与标准样品数据对比得出校正因子；⑤将得到的校正因子数值输入分析仪中.对于每种元素，将分析仪测试获得的数值与标准样品数值对比成图，通过线性回归的方法计算斜率和截距.回归方程为y=mx+b，其中m为斜率，b为y轴上的截距.斜率值m和截距值b即为校正因子，可直接输入到分析仪中.校正因子也可通过科学计算器进行线性回归计算获得.y值为实验室的分析结果，x值为分析仪测试结果.

3 便携式X射线荧光仪应用条件试验

3.1 与化学分析结果对比

本次分析样品采自金牛厂铅锌矿，采样完成后送云南省有色地质测试中心进行测试，分析了Pb、Zn两元素.缩分按四分法、乔顿公式（Q=Kd2）进行，试样加工前在55℃烘干，加工至200目.然后将200目附样进行X荧光分析，结果见表2和图1.

表2 金牛厂矿区Pb、Zn元素化学分析值与X荧光分析值对比表Table2 Com parison of Pb and Zn valuesbetween lab analysisand XRF

图1 金牛厂矿区Pb、Zn元素化学分析与X荧光分析对比Fig.1 Comparison between lab analysisand XRF for Pb and Zn

3.2 潮湿对测试结果的影响

选取5件样品进行试验，用X荧光光谱进行潮湿后分析，与实验室分析结果对比，结果见表3和图2.

表3 金牛厂矿区Pb、Zn元素化学分析值与X荧光光谱潮湿分析值对比表Table3 Comparison of Pb and Zn values in wet condition between lab analysisand XRF

4 结论

实验室分析与X射线荧光光谱仪分析结果相近，但湿度因素会降低元素含量.因此，便携式X射线荧光光谱仪是一种较为便捷的分析仪器，具有操作简单，测试速度快的特点.

［1］崔强，张文元，苏伯民，等.便携式X荧光光谱仪在莫高窟壁画原位无损检测的初步应用［J］.敦煌研究,2010,124（6）:77—81.

［2］钱建平，吴高海，陈宏毅.便携式X射线荧光光谱仪应用条件试验及效果［J］.物探与化探,2010,34（4）:497—502.

［3］江晶，狄家亮，肖鹏程，等.X荧光技术在赣南某铅锌矿勘查中的应用［J］.科技经济市场,2010（4）:38—39.