張凌，皮春明，張愛武，孔祥權，程濤，李海龍

（1.吉林省維爾特隧道裝備有限公司，吉林吉林市132011；2.吉林省盾構與掘進刀具技術重點實驗室，吉林吉林市132011；3.中交（廣州）建設有限公司，廣東廣州市511458）

0 前言

手持式合金分析儀是一種基于XRF(X-Ray Fluorescence，X 射線熒光)光譜分析技術的光譜分析儀器，主要由X 光管、探測器、CPU 以及存儲器組成。其優(yōu)點是分析靈敏度高、分析元素多（一般從4~92 號）、不破壞試樣，無損分析、高效、準確，可以在質量控制、材料分類、合金鑒別、事故調查等現(xiàn)場應用。

1 分析原理

X 光管產生的X 射線打到被測樣品時，一次X 射線的能量將物質中原子的K、L 層電子逐出，原子變成激發(fā)態(tài)，K 層或L 層上產生的空位被外層電子填補后，原子便從激發(fā)態(tài)恢復到穩(wěn)定態(tài)，同時輻射出X 射線。X 射線探測器將樣品元素的X 射線的特征譜線的光信號轉換成易于測量的電信號來得到待測元素的特征信息。

利用X 射線熒光進行元素定性、定量分析工作，需要以下三方面的理論基礎知識：莫塞萊定律、布拉格定律和朗伯-比爾定律。1913年H.G.J 莫塞萊從鋁到金的38 種元素X 射線特征光譜K 和L 線，得出譜線頻率的平方根與元素在周期表中排列的序號成線性關系。莫塞萊認識到這些X 射線特征光譜是由于內層電子的躍遷產生的，表明X 射線的特征光譜與原子序數(shù)是一一對應的。使X 熒光分析技術成為定性分析方法中最可靠的方法之一。

不同的元素具有不同的特征X 射線，根據(jù)特征譜線的波長，可以判斷元素的存在，根據(jù)譜線的強度，可以進行定量分析。

布拉格定律是反映晶體衍射基本關系的理論推導定律，波長色散型X 熒光光譜儀的分光原理便運用了此定律，使不同元素不同波長的特征X 熒光完全分開，使譜線處理工作變得非常簡單，降低了儀器檢出限。

朗伯-比爾定律是反應樣品吸收狀況的定律，涉及到理論X 射線熒光相對強度的計算問題。用X 射線照射試樣時，試樣可以被激發(fā)出各種波長的熒光X 射線，需要把混合的X 射線按波長（或能量）分開，分別測量不同波長（或能量）的X 射線強度，以進行定性和定量分析。這是X射線熒光光譜儀的分析原理。

2 分析過程

分析樣品前，先在主菜單中選擇 “樣品類型”，選擇“金屬”，再選擇“常見金屬”，將被測樣品置于測試窗口前，扣住觸發(fā)扳機即開始測試，松開扳機測試結束。儀器將顯示測試結果，每次測試結果儀器都會自動保存，測試結果顯示見圖1。

圖1

儀器會自動將測試數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)序號保存。保存的測試數(shù)據(jù)一般包含以下信息：測試時間、合金牌號、匹配度、元素名稱、含量以及測試誤差。測試時間：扣住扳機開始測試到松開扳機結束測試的時間。合金牌號：儀器將自動根據(jù)測量結果中各元素含量范圍判斷被測樣品所屬的合金牌號，如果儀器標準牌號庫中無相應牌號，儀器將顯示為“No Match”。匹配度：表明被測樣品符合標準牌號的匹配程度。該值越小匹配越好。一般而言：0-2 表示完全匹配，2-4 表示匹配良好，大于4 表示不匹配。

3 結果的誤差分析

3.1 直讀光譜儀與手持X 射線合金分析儀測試結果對比

以分析標準樣品YSB S 11474C-2014 成份為例，用布魯克Q2 型臺式直讀光譜儀測定其元素含量見表1，用尼通XL 100G型手持式X射線合金分析儀測定其元素含量見表2。

表1 臺式直讀光譜儀測試結果

表2 手持式X射線合金分析儀測試結果

由表1、表2 測試結果可見：手持X 射線合金分析儀與臺式直讀光譜儀對比，其測試結果的相對偏差略大，表明測試結果的分散性較大，但其誤差符合手持式X射線熒光分析儀的允差。

3.2 手持式X射線合金分析儀隨機誤差的修正

測量誤差是由系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩部分組成，系統(tǒng)誤差是固定不變的，可以通過儀器校準來修正。隨機誤差也稱測量不確定度。是指在相同的條件下對同一樣品重復測量，在測量結果上每次都不相同。尼通XRF 系列儀器的所有測量結果都帶有2 倍標準偏差（2σ）的誤差范圍，測量結果置信度為95%，隨著測量時間的延長，測量標準偏差也逐漸減小，當延長4 倍的測量時間時，測量標準偏差將降低1 倍以上,見表3。

表3 手持式X射線合金分析儀測試標準偏差

4 結語

尼通XL 100G型手持式X射線合金分析儀，可用于車間現(xiàn)場刀圈、刀體等大工件及合金塊等成份的檢測，因操作簡便、分析速度快（典型分析時間在3-6 秒）、對樣品表面無損傷而得到廣泛的應用。當所分析合金的元素含量較低時，為保證分析的準確性，可適當延長測量時間，即可得到準確可靠的分析結果。