X 射线分析仪器

什么是 X 射线分析仪器？X 射线分析仪器分为两大类。X 射线荧光测量原子被初级 X 射线激发后发射的特征 X 射线，可揭示从钠到铀的元素组成，且几乎或完全无需样品前处理。X 射线衍射测量 X 射线被晶格周期平面散射的方式，可揭示物相 identity、结晶度、晶格参数、残余应力、织构和薄膜厚度。两大家族对多数样品均为无损，可测量固体、粉末、液体、浆料和薄膜。仪器从用于现场筛查的手持式分析仪到带自动进样器和高功率 X 射线管的落地式光谱仪不等。检测器技术、几何结构、X 射线光学和软件决定灵敏度、分辨率和速度，选择取决于问题是元素浓度还是晶体结构。## X 射线分析仪器如何工作？在 X 射线荧光中，X 射线管或放射性同位素源照射样品并击出内层电子。外层电子落入空位并发射能量为各元素特征的 X 射线。能量色散系统用半导体检测器测量这些能量，波长色散系统用分光晶体色散以获得更高分辨率和更低检出限。全反射和偏振几何降低背景用于痕量分析，微区 XRF 使用聚焦光学实现小斑点分析。在 X 射线衍射中，单色 X 射线照射样品并被晶格平面散射，在满足布拉格定律的角度发生相长干涉。所得峰位和强度图谱可鉴定物相并定量其比例，峰宽和峰位移动则揭示微晶尺寸、应变和应力。二维检测器加速织构和原位研究的数据采集。## X 射线分析仪器用于哪些领域？X 射线分析服务于材料、环境、地质、制药和工业应用。XRF 用于合金认定、涂层厚度测量、RoHS 限用物质筛查、水泥、玻璃、陶瓷和矿业样品分析以及燃料中硫的定量。便携式 XRF 支持现场土壤调查、废料分选、含铅涂料检查以及矿石勘探。XRD 鉴定制药（包括多晶型）、水泥、催化剂、电池、矿物和腐蚀产物中的晶相，还测量金属和涂层的残余应力、织构和薄膜性能。两种技术都支持质量控制、失效分析、合规检测和研究，当同时需要元素和结构信息时，常与其他方法结合。## X 射线分析仪器适用哪些标准？标准取决于技术和应用。X 射线荧光方法包括波长色散分析的 ASTM E1621、石油中硫的 ASTM D4294 和 ISO 8754、涂层厚度的 ISO 3497 和 ASTM B568，以及现场和土壤筛查的 US EPA Method 6200 和 ISO 13196。电气产品限用物质遵循 IEC 62321 系列。X 射线衍射遵循制药鉴定的 USP <941>、对位验证的 ASTM E915、结晶沉积物的 ASTM D934 和氧化铝的 ISO 20203。实验室按 ISO/IEC 17025 运行，适用时按 21 CFR Part 11 管理电子记录，并通过国家许可和分析 X 射线设备的 IEC 61010-2-091 确保辐射安全。## 如何选择合适的 X 射线分析仪器？首先确定需要元素组成还是晶体结构。元素从钠起、涂层厚度和筛查选择 XRF，物相 identity、结晶度、应力、织构和薄膜选择 XRD。在 XRF 中，能量色散仪器紧凑快速，波长色散仪器对轻元素和痕量分析提供更好分辨率和更低检出限。全反射和偏振设计面向超痕量工作，微区 XRF 提供空间分辨率。便携式分析仪用于现场，但精度较低、元素范围较小。在 XRD 中，粉末系统处理物相分析，单晶、薄膜和小角配置则针对结构、反射率和纳米结构。选择前确认元素或物相范围、检出限、样品尺寸和法规方法。