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DM2500
MMEDXRF輕中元素光譜儀
（標準型）（水泥行業(yè)專用）
多單色激發(fā)實現(xiàn)高峰背比，使能測元素（B～Zn），
其準確度媲美大型波長色散光譜儀
標準型針對水泥行業(yè)設計。
亦或經(jīng)微改后用于各行各業(yè)
采用
多單色激發(fā)能量色散X射線熒光(MMEDXRF)分析技術
對數(shù)螺線型雙曲面彎晶(LSDCC)實現(xiàn)衍射并作為二次靶
高計數(shù)率、高分辨率、高透過率(AP3.3窗)SDD探測器
電壓、電流、靶材完美組合的微焦斑薄鈹窗X射線管源
符合標準
GB/T176
JB/T11145
JC/T1085
概述
DM2500MMEDXRF輕中元素光譜儀，詳稱DM2500多單色激發(fā)能量色散X射線熒光輕中元素（B～Zn）光譜儀，是本公司集數(shù)十年X熒光光譜儀的研究經(jīng)驗，在公司原有的DM系列X熒光硫鈣鐵分析儀、X熒光多元素分析儀、X熒光光譜儀等的基礎上研制推出的一種具創(chuàng)新性的XRF光譜儀。它采用多單色激發(fā)能量色散X射線熒光(MMEDXRF) ( Multiple Monochromatic Excitation Energy Dispersive X-Ray Fluorescence)分析技術。主要部件，如：單色晶體采用本公司研制的具有本公司專利的對數(shù)螺線旋轉點對點聚焦鍺單色晶體，X射線管采用KeyWay公司生產(chǎn)的50W微焦點大輻射角薄鈹窗X射線管，并對其高壓、電流、靶材進行最佳組合， X射線探測器采用德國Ketek公司生產(chǎn)的具有高計數(shù)率、高能量分辨率、高透過率的常溫用SDD半導體X射線探測器。并且采用具有本公司自主知識產(chǎn)權的輕元素專用的光學系統(tǒng)及多種方法組合使用的多個單色激發(fā)系統(tǒng)等獨有的技術，極大地提高了儀器的靈敏度和峰背比。它還采用X射線向下照射系統(tǒng)，樣品自旋裝置，特別適合粉末壓片樣品，且可根據(jù)應用選擇真空系統(tǒng)或自充氣系統(tǒng)。由此使本光譜儀達到國際領先水平。在與大型波長色散光譜儀的比較試驗中，其大部分性能指標接近或達到大型波長色散光譜儀的性能指標，某些甚至超過。其性能指標相比進口同類產(chǎn)品更好，而價格僅為進口同類產(chǎn)品的一半，具有無可比擬的價格性能比。另外國內(nèi)企業(yè)售后服務的方便程度是國外企業(yè)所無法相比的。且本光譜儀良好的屏蔽防護設計保證無任何射線泄漏，滿足輻射豁免要求。
適用范圍
DM2500MEDXRF輕中元素光譜儀的標準型是針對水泥行業(yè)專門設計制造的，可用于水泥生料、熟料、原料等的含量測量。其符合國家標準GB/T 176—2017《水泥化學分析方法》的相關要求，符合行業(yè)標準JC/T1085—2008《水泥用X射線熒光分析儀》，符合行業(yè)標準JB/T11145—2011《X射線熒光光譜儀》。
DM2500MEDXRF輕中元素光譜儀除用于水泥行業(yè)外，還能用于其他各行各業(yè)所有物料的含量測量。其標準型雖然是針對水泥行業(yè)專門設計制造的，但只要用戶所要求的測量元素在B(5)～Zn(30)的范圍內(nèi)，則大部分情況可直接使用標準型進行測量。如貴用戶對某些元素的測量有特殊的要求，則本公司可根據(jù)用戶的要求更改單色激發(fā)系統(tǒng)和或軟件系統(tǒng)以滿足用戶對測量元素的要求。
特點
快速同時–所需測量元素同時快速分析，一般幾十秒給出含量結果。
高準確度–采用先進MMEDXRF技術，LSDCC核心技術，根據(jù)所要測量的元素來選擇單色光的能量及產(chǎn)生單色光的方法，極大地提高了儀器的靈敏度和峰背比，具出色的重復性和再現(xiàn)性，極高的準確度。
向下照射–采用X射線向下照射系統(tǒng)，杜絕了樣品粉末污染損壞探測系統(tǒng)的可能，特別適合水泥生熟料等粉末樣品。
樣品自旋–具有樣品自旋裝置，消除了壓片樣品中由于特硬物質(zhì)的存在而不易粉碎造成的樣品不均勻性。
長期穩(wěn)定–采用可變增益數(shù)字多道，有PHA自動調(diào)整、漂移校正、偏差修正等功能，具極好的長期穩(wěn)定性。
環(huán)保節(jié)能–射線防護達豁免要求。分析時不接觸不破壞樣品，無污染，無需化學試劑，也不需要燃燒。
使用方便–觸摸屏操作。樣品粉碎壓片放入儀器后只需按[啟動]鍵即可，真正實現(xiàn)一鍵操作。
高可靠性–一體化設計，集成化程度高，環(huán)境適應能力強，抗干擾能力強，可靠性高。
高性價比–無需鋼瓶氣體，運行維護成本極低。價格為國外同類產(chǎn)品的一半。是真正的高性價比產(chǎn)品。
尖端技術
多單色激發(fā)能量色散X射線熒光(MMEDXRF)分析技術
傳統(tǒng)XRF，特別是EDXRF，無法實現(xiàn)超輕元素準確測量的一個主要原因是X射線光管出射譜中連續(xù)軔致輻射的散射使得X射線熒光光譜的連續(xù)散射背景較高，而原子序數(shù)越低的元素熒光產(chǎn)額越低，較低的熒光射線強度將淹沒在較高的背景之中。
單色激發(fā)能量色散X射線熒光(Monochromatic Excitation Beam Energy Dispersive X-Ray Fluorescence)分析技術，就是采用光學器件將X射線光管出射譜單色化，進而使得熒光光譜的連續(xù)散射背景極大地降低，同時盡可能少的降低甚至于可能的話增加所需激發(fā)X射線的單色化的線或窄能量帶的強度，從而大大提高所測元素X射線熒光光譜的峰背比，實現(xiàn)超輕元素的準確測量。其原理圖如圖1。
圖1.MEDXRF分析技術原理圖
激發(fā)樣品的X射線能量越遠離所需分析元素的吸收限，其激發(fā)效率就越低。這就使得單色激發(fā)的光譜儀有一個局限，就是某一個單色能量的激發(fā)源只能測定一定原子序數(shù)范圍內(nèi)的元素。由于DM2500要求輕中元素都可測量，所以用只有一個單色能量的激發(fā)源將使輕元素的激發(fā)效率很低從而無法準確測量輕元素，為此2500采用2個單色能量的激發(fā)源，分別激發(fā)輕元素（Cl以下）和中元素（K-Zn）。故稱多單色激發(fā)。
用于輕元素測量的高衍射效率點對點聚焦的對數(shù)螺線旋轉雙曲面晶體 (LSDCC)
將X射線光管出射譜單色化的方法很多，有濾波片法，二次靶法和衍射法等。衍射必須滿足Bragg定律：nλ=2dsinθ，所以其具有極好的單色性。而衍射法中的雙曲面衍射晶體DCC（Doubly CurvedCrystals）又由于能將點源聚焦，所以有大的收集立體角，從而有極高的效率。另外，聚焦還能使照射到樣品的光斑很小，從而使小面積的半導體探測器Si-PIN或SDD可以接受大部分樣品較小面中的熒光射線，也就是說DCC還提高了探測效率。由于對數(shù)螺線LS（Logarithmic Spiral）DCC有制作方便，可制作較大面積等優(yōu)點。所以DM2500采用的對數(shù)螺線旋轉雙曲面晶體LSDCC。其點對點聚焦原理圖如圖2。
圖2. LSDCC點對點聚焦原理圖
圖3.藍線為X射線管的出射譜，紅色為經(jīng)鍺LSDCC單色化的X射線入射譜
由于輕元素熒光產(chǎn)額很低，所以DM2500用以LSDCC實現(xiàn)單色化的高效率單色激發(fā)射線來激發(fā)輕元素。
用于中元素測量的鍺二次靶
由于中元素熒光產(chǎn)額較高，對激發(fā)射線的強度要求不高，所以我們采用了二次靶的方法來實現(xiàn)中能量的單色化。巧的是，能實現(xiàn)輕元素單色化的LSDCC其可選擇的晶體材料中有一種是鍺晶體，鍺的X射線熒光能激發(fā)Zn以下所有元素，所以DM2500用鍺晶體作為LSDCC的材料同時兼作為二次靶。也就是說DM2500巧妙地用一個光學器件實現(xiàn)了二種方法產(chǎn)生的2個單色能量的激發(fā)源。
激發(fā)源的能譜圖如圖3。
圖4為實際測得的水泥生料樣品的XRF光譜圖。
圖4.水泥生料樣品的XRF光譜圖
高分辨率(123eV)高計數(shù)率(2 Mcps) 高透過率(AP3.3窗)的SDD探測器
X射線探測器的種類有很多，其中硅漂移探測器SDD是最好的，其分辨率一般小于140eV，是波長色散的5倍左右。而單色激發(fā)能將背景下降一個數(shù)量級，所以理論上講如果沒有譜線重疊干擾，則單色激發(fā)能量色散的峰背比好于一般的波長色散的。
DM2500采用德國KETEK公司生產(chǎn)的VITUS H20LE SDD探測器，其分辨率小于129eV，有效探測面積20mm2，計數(shù)率2 Mcps，窗為AP3.3 polymer，最低可測量B Kα（185 eV）。
圖5. 硅漂移探測器SDD
合理kV、mA、靶材組合的微焦斑大輻射角薄鈹窗X射線管
為準確測量輕元素，LSDCC僅衍射X射線管出射譜中的高強度特征X射線，其有靶材發(fā)出，合理的選用靶材能得到最高的激發(fā)效率。DM2500標準型由于所測輕元素為Cl以下的元素，所以選擇Ag作為靶材。
選定靶材后，在X射線光管最大功率一定的情況下，如50W，合理的光管高壓（kV）和電流（mA）組合能達到最大的激發(fā)效率。由于采用點對點的聚焦，所以必須采用微焦斑的、大輻射角的X光管。由于靶材的特征X射線能量很低，所以必須用薄鈹窗X射線管。
圖6. 微焦斑大輻射角薄鈹窗X射線管
校準
X熒光分析方法是一種參考方法，校準是為得到定量的結果所必須的。XRF光譜儀通過比較已知標樣與未知樣的光譜強度來得到定量分析的結果。其某元素的含量計算式（即校準曲線）為：
C＝D＋EIC＋FIC 2 （1）
式中，IC =f(I0)，I0為原始強度（即原始道計數(shù)率），IC為處理后強度（或修正后強度），D、E、F是由校準確定的系數(shù)。校準的方法是：用光譜儀測量一系列校準標準樣品或有證標準樣品的每種元素強度，利用回歸分析，例如最小二乘法，確定（1）的系數(shù)。
用已知含量的11個水泥生料國家標準樣品對光譜儀進行校準，得到的數(shù)據(jù)如表1。
表1. 水泥生料國家標準樣品校準結果數(shù)據(jù)
|
成分 |
系數(shù)D |
系數(shù)E |
系數(shù)F |
相關系數(shù)γ |
|
Na2O |
-0.2863 |
0.004597 |
0 |
0.9863 |
|
MgO |
-0.3367 |
0.0019030 |
0 |
0.9937 |
|
Al2O3 |
-0.4244 |
0.0010007 |
0 |
0.9983 |
|
SiO2 |
-3.0672 |
0.00064984 |
0 |
0.9985 |
|
SO3 |
0.0093 |
0.00011017 |
0 |
0.9886 |
|
Cl- |
-0.0076 |
0.000029487 |
0 |
0.9690 |
|
K2O |
-0.3218 |
0.0032338 |
0 |
0.9988 |
|
CaO |
11.9195 |
0.0022918 |
0 |
0.9931 |
|
TiO2 |
0.0015 |
0.0013559 |
0 |
0.9903 |
|
Fe2O3 |
-1.3648 |
0.0035440 |
0 |
0.9984 |
這些校準曲線的相關系數(shù)γ大部分都大于0.99，最小也有0.9690，表示DM2500光譜儀的線性誤差極小。
重復性
對水泥生料國家標準樣品中的XS1標樣，進行11次測量，得到各元素的重復性數(shù)據(jù)如表2。
表2. 生料標準樣品重復性測量數(shù)據(jù)分析（%）
|
XS11標樣 |
Na2O |
MgO |
Al2O3 |
SiO2 |
SO3 |
Cl- |
K2O |
CaO |
TiO2 |
Fe2O3 |
|
標準值 |
0.46 |
2.74 |
4.16 |
16.71 |
0.70 |
0.03 |
0.75 |
37.61 |
0.26 |
3.16 |
|
平均示值 |
0.45 |
2.67 |
4.18 |
16.86 |
0.69 |
0.03 |
0.75 |
37.75 |
0.26 |
3.17 |
|
最大示值 |
0.46 |
2.68 |
4.19 |
16.90 |
0.69 |
0.03 |
0.76 |
37.82 |
0.26 |
3.19 |
|
最小示值 |
0.44 |
2.66 |
4.16 |
16.80 |
0.69 |
0.03 |
0.75 |
37.69 |
0.26 |
3.15 |
|
極差 |
0.02 |
0.02 |
0.03 |
0.10 |
0 |
0 |
0.01 |
0.13 |
0 |
0.04 |
|
示值標準偏差 |
0.006 |
0.0054 |
0.0094 |
0.032 |
0.001 |
0.001 |
0.003 |
0.035 |
0.001 |
0.013 |
|
3倍示值標準偏差 |
0.018 |
0.0162 |
0.0282 |
0.096 |
0.003 |
0.003 |
0.009 |
0.105 |
0.003 |
0.039 |
|
GB/T176的重復性限 |
0.05 |
0.15 |
0.20 |
0.20 |
0.15 |
0.005 |
0.10 |
0.25 |
0.05 |
0.15 |
|
DM2500與國標的符合性 |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
遠優(yōu) |
注：粉末壓片樣品。在X射線源為半功率（25W），測量時間為180s的條件下，連續(xù)進行11次測量所得的結果。
按國家標準GB/T 176—2017《水泥化學分析方法》的重復性要求，光譜儀的重復性必須滿足：其示值標準偏差的3倍不大于GB/T176的重復性限，從表2可知，用DM2500光譜儀可以實現(xiàn)所有元素遠優(yōu)于國家標準GB/T 176—2017所要求的重復性。
主要技術指標
|
測量元素 |
可選擇B(5)～Zn(30)中的任意元素 |
|
X射線管 |
電壓：≤50keV，電流：≤2mA，功率≤50W，靶材：Ag（Mo、Rh、Pd、Cr等可選） |
|
探測器 |
SDD，有效面積：20mm2，分辨率：≥123eV，計數(shù)率：≤2Mcps，入射窗：AP3.3 |
|
測量范圍 |
0.01%～99.99%。 |
|
測量寬度 |
Na2Omax—Na2Omin≤5%，MgOmax—MgOmin≤5%，Al2O3max—Al2O3min≤5%， SiO2 max—SiO2 min≤10%，SO3 max—SO3 min≤5%，Clmax—Clmin≤5%，K2Omax—K2Omin≤5%， CaOmax—CaOmin≤10%，TiO2 max—TiO2 min≤5%， Fe2O3 max—Fe2O3 min ≤5% |
|
線性誤差 |
Na2O：≤0.03%，MgO：≤0.10%，Al2O3：≤0.14%，SiO2：≤0.14%，Cl-：≤0. 003%， SO3：≤0.10%，K2O：≤0.05%，CaO：≤0.18%，TiO2：≤0.03%，Fe2O3：≤0.10% |
|
測量精度 |
S Na2O≤0.01%，SMgO≤0.01%， S Al2O3≤0.02%，SSiO2≤0.05%，S SO3≤0.01%， S Cl≤0.001%，S K2O≤0.003%，SCaO≤0.04%，STi2O≤0.001%，S Fe2O3≤0.02%。 |
|
系統(tǒng)測量時間 |
1～999s，推薦值為180s |
|
測量氛圍 |
自充氣系統(tǒng)或氦氣 |
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使用條件 |
環(huán)境溫度：5～40℃，相對濕度：≤85%(30℃)，供電電源：220V±20V，50Hz，≤200W |
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尺寸及重量 |
540mm×500mm×450mm，35kg |
注：測量技術指標針對水泥生料為對象給出。
