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2016-09-21

ARL XRF光谱仪及其应用介绍

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内容

• XRF分析技术原理介绍

• XRF在材料领域方面的应用

• ThermoFisher ARL X射线产品系列介绍

• OXSAS&UniQuant分析软件介绍

ARL PERFORM’X最高端的顺序扫描XRF性能和灵活性的完美结合

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赛默飞世尔科技-新材料 Chemical Analysis Division

5

ARL 瑞士工厂介绍

ThermoFisher ARL X射线光谱仪瑞士工厂成立于1934年，拥有悠久的X射线生产技术和历史

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X荧光光谱仪的应用特点

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X荧光光谱仪能分析哪些样品

•固 体 样 品 ( 金 属, 非 金 属, 规 则, 不 规 则, 如

部 件, 首 饰, 钢 绳, 玻 璃 )

•粉 末 样 品, 颗 粒 样 品 ( 甚 至 可 以 直 接 测 量 )

•液 体, 油 类 等( 可 以 直 接 测 量 )

•浆 类, 污 泥 等( 可 以 直 接 测 量 )

•有 机 物, 生 物 样 品, 空 气 吸 尘 等

•多层样品

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典型波长色散X射线荧光光谱仪

9

油品

金属, 炉渣

矿石和原材料

化学药品

食品 玻璃

聚合物

陶瓷

10

XRF 分析的能力: 79个元素

H

NaLi

K

RbCs

Fr

Mg

Be

Ca

SrBa

Ra

Sc

YLa

Ac

Ti

ZrHf

V

NbTa

Cr

MoW

Mn

Tc

Re

Fe

RuOs

Co

RhIr

Ni

Pt

Cu

AgAu

Zn

CdHg

Al

B

Ga

InTl

Si

C

Ge

SnPb

P

N

As

SbBi

S

O

Se

TePo

Cl

F

Br

IAt

He

Ar

Ne

Kr

Xe

Rn

Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Th Pa U Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No LwNp

XRF不可分析

惰性气体

不稳定元素

EDX和WDXRF都可以 超轻元素需要特殊晶体和WDXRF

Pd

使用Rh靶时需要使用初级滤光片

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ICP-MS

ICP-AES

GFAAS

AAS

X射线荧光的检出限和分析范围：

1 ppq 1 ppt 1 ppb 1 ppm 1,000 ppm 100%

Arc-Spark OES

TOC; TN; TS, TOX

痕量 主量

XRF

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X-ray product portfolio

XRF: Elemental analysis

XRD: Analysis of•Structure-crystallography

•Phase or compound

ARL QUANT’X-Top performance EDXRF

ARL OPTIM’X: Surprising WDXRF

ARL 9900 Series Integrated XRF-XRD ARL X’TRA:

High performance Powder XRD

ARL PERFORM’X High Performance Sequential XRF

1500W-2500W-4200WARL ADVANT’X Series 1200W-2500W-3600W-4200W

Routine Sequential XRF

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ARL PERFORM’X最有价值的XRF分析仪器覆盖了所有的应用领域

• 石化工业

• 聚合物&化学 • 地质

• 合规实验室

• R&D 实验室• 自动化工业

• 大学

• 金属研究

• 材料科学

• 环境

• 法医 & 海关实验室

• 过程控制• 水泥 • 氧化物

• 金属&采矿

• 食品&饮料

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ARL PERFORM’X 系列一根光管, 一个数控测角仪, 完整的大型 XY 进样器

针对材料分析高端实验室的整体XRF分析解决方案

2500W

4200W

50m X-ray tubes

独一无二的

测角仪

集成的大型激光定位X-Y两维进样器

+ Mapping和点分析小至0.5mm+ 小样品分析小至最小直径5mm+ He气闸门用于松散粉末和液样分析

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ARL PERFORM’X 4200顶级X荧光光谱仪

性能和灵活性的完美统一

• 满足您极端的特殊分析需求

• 4200W• 最低的元素检出限

• 最高的样品吞吐量（1小时60个样品）

• 最快的分析速度

• 比常规XRF分析速度提升68% • 设计用于大量样品分析

• 最佳的稳定性

• 最好的微区分析系统

• 最好的mapping• 需要外接冷却水

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UCCO –超近光学耦合技术

• 超紧凑光路系统优化

• 样品到光管阳极距离最短

• 对比上一代，整体灵敏度40%以上提升

• 光管阳极到探测器距离缩短了三分之一Sample cassette

X-ray Tube

Digital high speed

crystal 1theta drive

Digital high speed

detector 2theta drive

Detectors

Crystal changer

7 primary beam filters

4 collimators

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最短的激发距离-最高的灵敏度

d1

d2

S1S2

激发效率I与激发距离d的平方成反比！

ARL PERFORM’X系列光管阳极到样品距离仅

16mm

相对19、21、25mm提高照射强度：

192/162=1.4倍212/162=1.7倍252/162=2.4倍

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第五代超尖锐X光管（核心部件1）

Sensitivity comparison 5GN tube (50micron Be) vs. 4 GN tube (75micron Be)

90

100

110

120

130

140

150

Be C O Na Al P ClCa V

Element

Rel

ativ

e Se

nsiti

vity

(%)

Be 50umBe 75um

50um光管---兼顾轻元素和重元素灵敏度的最佳选择

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最新一代UCCO-30 X射线光管（核心部件1）

•全尺寸Be窗

•周期表中所有元素灵

敏度至少提升25%

•轻元素灵敏度提升超

过60%

•非钨灯丝的光管阴极

，最佳寿命和稳定性

•用最小的电流（120

mA-140mA）达到最佳的

轻元素分析效果,可以

极大的延长X射线光管

寿命

30um光管---追求极限灵敏度的最佳选择，尤其是轻元素

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固态高压发生器（核心部件2）

固态高功率高频发生器

用60 kV 和 70 kV 扫描重金属线 （Ce Ka ）比较

体积小可放在支架上

主电源波动时仍可有好的稳定性和大的耐受性，外电压波动1%（-15%到+10%），输出电压

的稳定性为0.0001%

独家70KV高压可以提供最优异的重元素分析效果

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滤光片的用途

1. 消除光管靶材的特征线干扰；

2. 微量分析时可提高峰/背比，

获得较低的 LLd；

3. 减弱初级光束强度；

4. 抑制管光谱中的有害杂质光谱。

滤光片位于X光管Be窗于样品之间；共有6种不同材质和规格的薄片构成，自动

切换；

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消去X光管靶线和降低散射背景例

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准直器系统

1. 初级准直器的作用在于：控制入射光束的强度及分辨性能

2. 探测器准直器的作用在于降低杂散背景，提高灵敏度

3. 通常具有两种准直器系统：

平面晶体/准直器色散系统－非聚焦系统，用于顺序式仪器

柱面弯曲晶体/狭缝色散系统－聚集系统，用于顺序式及同时式仪器

4. 准直器由若干金属薄片及隔垫叠积而成，金属片间隔越密，分辨率越高

，强度越低；金属片间距越大，强度越高，分辨率越差。

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四个准直器作为标配

• 不同准直器选择用于优化分辨率和强度

• 标准的准直器:• Fine : 0.15° divergence• Medium : 0.4° divergence• Coarse : 1° divergence• Extra-coarse : 2.6° divergence

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第六代摩尔条纹测角仪升级（核心部件3）

• ARL PERFORM’X最新的心脏部件

• 卓越的全数字控制

• 独一无二的使用莫尔条纹无磨损的定位系统

• 角度位置定位

• 准直器、晶体、探测器

• 晶体和探测器之间不通过齿轮耦合驱动

• 无摩擦= 无磨损

• 每块晶体单独恒温，独一无二的稳定性

• 数字精度

• 定量分析特定的元素

• 测角仪转速4800度/分钟 • 以高达550度每分钟的速度扫描特定元素谱线

• 使用LiF晶体峰值位置准确度为± 0.01° ---> 相等于ASTM 角度表的准确度

---> 可用理论角度位置作为分析测量的峰值位置

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独一无二的无齿轮测角仪

l 晶体和探测器系统各自分别与一个圆形的玻璃衍射光栅相连

l 读写头含有较小角度的光栅和光学探头

l 晶体光栅转动角度，同时探测器转动2角度，为了满足布拉格定律：

n = 2d sin • n = 衍射级次

• = 射线波长

• 2d = 晶体的平面间距

• = 在晶体上的入射角度

测角仪工作原理

莫尔条纹定位

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position?

encoder

encoder

position!

有齿轮的测角仪

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真正双位置的进样系统

• 处理大量样品具备最高的速度

• 真正一个样品在分析，另一个样品与抽真空等待

• 两个样品之间切换真正不需要时间

• 仅检测一个参考点用于确定位置

• 卓越的质保条款

• 具备最佳的进样重复性

• 样品到光管阳极的距离永远保持一致

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流气正比计数器的特殊金属丝设计(FPC)

• 高质量的金属丝

• 贵金属合金

• 特殊的表面处理

• 终生免维护的金属丝设计，

不需要更换。

Flow Prop Counter

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液体及松散样品分析的最安全的解决方案

• 液样识别传感器

• 专用的塑料样品盒

• 确保液样及松散样品的安全装载

• 即便是真空条件下进样，也无任何风险？

• 若He气环境没有准备完善，样品盒自动弹出

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粉尘、液体收集装置

• Pot for dust collection in case of accidental breakage of a pressed pellet during pumping

• Pot for liquid collection in case of accidental breakage of the film of a liquid cell during helium flushing

Pumping stage with holes for dust/liquid collection

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液体或松散粉末样品的安全分析

• 液样识别传感器？（通过什么）

• He气快门设计 • 液样和松散粉末分析的最大保护

• 测角仪始终保持在真空条件下

• 卓越的分析稳定性

• 最快的从真空到He气环境转换时间

• 较低的He气消耗

• 最佳的检出限

• X射线管防护

• 额外的防溢出保护

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液体及松散样品分析的最安全的解决方案

独一无二的X射线管防护罩设计

• 可选的X射线管防护罩

• 位于X射线管头部

• 15微米厚度的Be金属制成

• 50微米 Be 窗的X射线管 + 15微米 Be 金属防护罩 = 65微米

• 依然小于第四代光管的75微米Be窗

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60 kV或 70 kV 发生器的选择

固态高功率高频发生器

用60 kV 和 70 kV 扫描重金属线 （Ce Ka ）比较

体积小可放在支架上

主电源波动时仍可有好的稳定性和大的耐受性，外电压波动1%（-15%到+10%），输出电压

的稳定性为0.0001%

独家70KV高压可以提供最优异的重元素分析效果

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自动进样——创造高生产率

• 样品转换器直接安装在ARL PERFORM’X荧光光谱仪上方

•最高可配置112位样品用于进行无人值守式分析和过夜分析

• 两种进样模式

• 样品盒

• 无需手动将样品放入样品盒

• 样品可置于专用托盘中

• 根据样品直径

- 熔珠、压片和聚合物圆片等

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采用OXSAS进行可视化的样品位置管理

• OXSAS helps the operator with a graphical view of the magazine• Color codes show samples state

• Already been analyzed• Yet to be analyzed • Being currently analyzed

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独特的显示面板

• 嵌入在软件中

• 任何时间随意唤醒

• 显示仪器当前的所有状态• kV-mA• Vacuum or helium levels• Temperature levels• Pressures levels• Current collimator-crystal-

detector combination• Current angular position

with associated element• Etc..

• With separate monitor can be kept on at all times

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全元素定性定量分析——UniQuant V5

• XRF 提供了独一无二的全元素扫描分析功能

• 没有标准曲线情况下，元素定量依然可能

• 无标样分析!• 基于扫描模式的QuantAS™半定量分析软件

• 基于峰跳跃模式的UniQuant®真正无标样定量分析软件

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QuantAS™ – 基于扫描模式的无标样软件

• 通常用于未知样品的无标样半定量分析扫描 • 完全扫描从F到U 70个元素的时间最快仅需要3分钟

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UniQuant® - 最优异的无标样分析软件

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UniQuant® - 最优异的无标样分析软件

• 基于峰跳跃的模式

• 通常完成F到U的分析时间为16到18分钟。

• 如果必要的话，每条谱线的测量时间可以单独设置从0.1到600秒

• 唯一提供半开放的平台，允许用户定义自己的参数及建立特殊基体的专有Kappa系数。

• 多达7种背景位置校正模式

• 测量了64个“纯”物质的强度等，并建立基于仪器灵敏度的数据库

• 建立了超过1500条谱线重叠的校正系数。

…….

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•全新的XRF定量分析方法

• 内置强大的专家系统,用户无需专业的XRF专业知识,如基体效应和谱线重叠干扰等

• 无标样分析；也可以使用标样满足定量分析

• 所有类型的样品都可以同一个程序分析，这是非常独特的

• 可以分析任意性质，大小和形状的样品

• 通常很少或根本不需要制备样品

•结果报告中同时给出结果的可信度以及各元素结果的偏差

UniQuant：全新的无标样分析

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• 可变质量的液体

•固体如聚合物，金属和合金，氧化物，化学试剂，玻璃，矿和食物产品

•松散粉末，压片，或熔片

•少量的样品(比如 10 mg 粉末)

• 奇怪的形状和小零件

•基质上的单层 — 成分和厚度

•基质上的多层 — 每一层的厚度

UniQuant分析的样品性质

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• UniQuant可以分析79个元素，从Be到Am（包括Ar）

•进行一次全元素分析仅需15分钟

UniQuant的分析能力

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• 15分钟内（标准设置）可以分析74个元素 (从F到Am)

• 如果必要的话，每条谱线的测量时间可以单独设置从0.1到600秒

•有39个元素测量了两条谱线用于最佳的选择，以防止出现严重的重叠，和样品的形态引起的影响，如粒度效应，以及样品厚度的灵敏度，也可以作为两种结果的简单对比

• 7 个背景位置

•峰跃式+背景位置

•如果有相应的晶体，可以分析Be, B, C, N和O

• 样品类型：固体，液体，松散粉末，滤纸等等

•样品形状：表面平滑或不平的，形状奇怪的，样品量少的或很小的片状等等

•多层样品的测定 (厚度和质量)

•样品中不分析元素或成分的平衡，例如，剩余的有机成分或超轻元素

UniQuant的主要特点

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•常规分析

• 需要用专用的标准样品进行校准

• 只有基体相似和已校准的元素才可以进行定量分析

• 不一定能够获得标准样品

• 可以得到高精度和准确度

•UniQuant无标样分析

• 使用一个通用校准可以分析几乎任何类型的未知材料的全部组成

• 覆盖XRF分析的所有元素

• 使用基本参数法测定各成分

• 可以分析大多数类型样品：如固体，粉末压片或松散的粉末，液体，熔片，滤纸上的沉集物和薄层样品

常规分析和UniQuant无标样分析的不同之处

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常规分析和UniQuant无标样分析的不同之处

•UniQuant无标样分析

• 几乎每次都能得到不错的结果

• 在许多情况下，UniQuant是得到结果的唯一办法，尤其在进行常规分析时没有可用的标准样品

• 为完全未知的样品提供很好的筛选工具

• 始终给出定量分析

XRF在乳制品中的应用常规分析和UniQuant无标样分析的不同之处

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赛默飞售后介绍

客户服务中心/应用实验室 客户服务中心/应用实验室