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NITON-XLtWZ便携式XRF分析仪强化培训课程 1分析仪的技术原理2安全使用X射线仪器3样品的准备4标准的测试步骤5检测结果的理解6实验报告的编写3一、分析仪的技术原理一、分析仪的技术原理Radio WavesInfraredX-raysUltra-violetGamma raysEnergy Spectrum, [keV]XRFSpectrometersOptical EmissionSpectrometers•The Energy SpectrumVisiblelight1 11010100100Lambda [Angstrom] = 12.4/ Energy [keV]Lambda [Angstrom] = 12.4/ Energy [keV]Wavelength, [A]1.241.2412.412.40.1240.124在样品中激发产生特征在样品中激发产生特征X-X-射线射线Primary x-ray radiation•XRF：X-Ray Fluorescence X X射线荧光分析射线荧光分析射线荧光分析射线荧光分析•当原子核的内层电子（如K层）受到外来X射线的照射时，会吸收能量而被激发；•K层的外层相邻电子层（L层）会马上跃迁补充至K层。

由于L层电子能量高于K层，多余的能量便以特征X-射线发散出来称为亚X射线，又称为荧光•每种原子的电子在跃迁时都以特征X-射线放射能量，根据此X-射线的特征和强度，就可进行定性和定量分析XRF－－分分析析技技术术仪仪器器内内部部结结构构XRF分析技术分析技术1 从外部发出射线照射样品2 使得样品原子中的电子逃逸并发射特征X-射线3 仪器中的X-射线探测器将特征X-射线转化为电子脉冲4 从探测器产生的信号被放大并传输至微处理器以进行计数和运算5 元素的强度数据被转化为含量数值；结果被储存6 数据显示于操作屏幕7 检测结果被存储在仪器内存中以便日后查看或者下载至电脑二、安全二、安全使用使用X射线仪器射线仪器 Ø辐射种类以及危害ØNITON公司XRF分析仪的安全性Ø如何安全使用仪器核辐射的危害核辐射的危害ü核辐射的种类：αβγχ中子ü辐射无色无味，人类器官不能感知其存在！ü慢性照射在长时间内断断续续的暴露在低水平剂量的辐射环境下慢性照射产生的 作用，只有在照射后的一段时间后，才可能被察觉ü急性照射是在很短的时间内受到大剂量的照射在大多数情况下，大剂量的急性受照能引起立即损伤，并产生慢性损伤。

仪器的安全性l仪器不通电、通电后非测试状态时－－仪器不通电、通电后非测试状态时－－完全没有辐射l仪器校正时－－仪器校正时－－在测试窗口辐射量低于0.3uSv/hrl X－射线光管启动时、窗口挡板打开时－射线光管启动时、窗口挡板打开时－－窗口正前方100 cm 处辐射量0. 028mSv/hrl手握仪器把柄时手握仪器把柄时－扳机处辐射量是0.9uSv/hr即要连续使用55555小时≈2314天≈6.4年，才会得到50 mSv的辐射l1mm的铁片的铁片即可屏蔽此仪器的X－射线如何正确使用仪器？Ø手握仪器测试时－检测窗口朝外Ø使用数据线或者蓝牙远程遥控Ø使用台式测试架（可确保无任何辐射泄漏）Ø无测试架则要距离仪器1－2米，检测窗口不朝人根据样品的材质分类：根据样品的材质分类：–金属材质(Metal Material)－合金模式–聚合物材质(polymer material)－塑料模式–电子零件及材料(PWB or Components)－塑料模式•金属类：金属板材，支架等•聚合物类：塑料，泡沫，橡胶，海绵等•电子元器件类：线路板，电阻，电容等•其他类：涂料，颜料，绝缘漆，玻璃，陶瓷，胶木，墨水等 三三 样品的准备样品的准备（一）均质样品的含义•Homogenous material：指不能通过机械方法分解成不同物质的物质，称之为均质物质。

l样品全部为某一成分组成. 例如，由单一成分组成的塑胶、陶瓷、玻璃、金属、合金、纸张、木板、树脂、油漆 •“机械方法分解机械方法分解”指物质通过物理方法进行分解：例如拧开、切断、压碎、研磨、刮削等等SnSn = 88 = 88PbPb = 235 = 235Zn = 57Zn = 57Ti = 4%Ti = 4%Br = 46Br = 46SnSn = 135 = 135Zn = 167Zn = 167Ti = 3.3%Ti = 3.3%Br = 265Br = 265CdCd = 35 = 35PbPb = 50 = 50Ti = 1.8%Ti = 1.8%SnSn = 2300 = 2300Fe = 620Fe = 620Zn = 4750Zn = 4750Ti = 0.42%Ti = 0.42%•某些情况下，也可不分拆样品, 直接对电子零配件 （Component level －组件）最小单位的电子元器件，即通过常规工具可以分拆,但未损坏其功能的最小单元•实例：–电子元器件部件如：印刷电路板；电阻；电容器；二极管；集成电路–机电部件如：接插件，电缆绝缘体–机械部件如：螺钉；经过表面处理的或涂层的外罩或内室；键（键盘中）；具有饰纹或涂层的玻璃；玻璃陶瓷件等（二）（二） 不分拆的非均质样品不分拆的非均质样品简单分拆后的样品应该如何评价简单分拆后的样品应该如何评价—均质材料均质材料•A) 大表面积样品（应用于所有样品）：大表面积样品（应用于所有样品）：针对XRF而言，判定测试材料的均匀度主要来自于视觉和一些有效的辅助信息。

例如，样品在颜色、形状和形态上均表现的很均匀，则基本上该样品是均匀度很高，从而分析前无需再进行机械破坏处理典型实例如比较大的，延展过的塑料件，比如，CRT 监控箱，塑料壳，厚的传送带，金属合金等等测试样品的附加信息必须能够确证其均匀度例如，许多塑料箱和金属外壳有油漆，甚至在塑料外壳内侧还敷有金属，这种情况下，测试就需要在没有油漆和没有内敷金属的片断处进行，从而需要对样品进行部分的分解，但不是破坏金属件可能会被镀上另一种金属，如镀锌，镀镉，镀铬这些可以通过相对比较高的镀层金属度数鉴别出来，铬有点例外，因为一般铬的镀层都很薄当您要分析基托材料时，必须将所有的镀层都刮除，再进行检测 简单分拆后的样品应该如何评价简单分拆后的样品应该如何评价—均质材料均质材料•B) 小面积样品：小面积样品：小型电子元件同样需要处理均匀，仪器分析时可以照射分析选定的小型电子元件的片段选定的样品片段必须看上去比较均匀，例如塑料包装、独立的焊接铅以及分离出来的聚合物等当分析基托材料时，需要特别注意金属涂层，聚合物涂层的影响必要时，必须机械去除涂层再进行检测简单分拆后的样品应该如何评价简单分拆后的样品应该如何评价—均质材料均质材料•C) 涂层和薄的样品：涂层和薄的样品：塑料样品和轻金属（如铝，镁或钛）必须达到5mm厚度；液体样品必须达到15mm厚度；其他金属达到1mm即可。

太小太薄的样品经常不能满足最小样品厚度和质量的检测条件这种情况下，就必须采取一定的方法:•可将一定数量的同样的小样品放入检测杯内，再进行检测•薄的同一样品可以叠加起来达到规定的最小检测厚度之后再进行检测并且所有的样品同时必须完全覆盖检测窗口•细电线和丝带电缆上的绝缘体不能够直接当作均匀体，而必须首先分离出金属线再检测•大多数的电源线的直径远远超过5mm，就可以直接检测绝缘体材料•电源线中的金属线必须在剥离后机械进行检测 四 样品的测试步骤（一）合金样品的测试（一）合金样品的测试合金分析模式－测试时间合金分析模式－测试时间30～～60秒、对样品的面积、厚薄无要秒、对样品的面积、厚薄无要求求1、超小样品（最大不超过2 毫米x4毫米）将样品叠放于标准X射线样品杯中由于金属样品密度很高，所以不需要叠加到更大的厚度2、 较大样品选取较大及平整的样品表面（比如焊料棒/圈）进行检测3、 合金的几大豁免条款：：①合金中允许添加Pb量：钢合金＜0.35％，铝合金＜0.4％，铜合金＜4％②不锈钢中的Cr塑料分析模式－－测试时间塑料分析模式－－测试时间120－－200秒；样品须完全覆盖检秒；样品须完全覆盖检 测窗口、厚度大于测窗口、厚度大于5mm1、超小样品（最大不超过、超小样品（最大不超过2×4mm）） 将晶体管或电阻放在样品杯中进行叠放，叠放的厚度至少为将晶体管或电阻放在样品杯中进行叠放，叠放的厚度至少为5mm。

如果样品是嵌在塑胶带里，应将其剥离并取出放入样品杯中再进行检测如果样品是嵌在塑胶带里，应将其剥离并取出放入样品杯中再进行检测2、较大样品、较大样品 在在XLt797分析仪上放置一两个样品（例如集成电路块），以便完全覆盖分分析仪上放置一两个样品（例如集成电路块），以便完全覆盖分 析窗口（放置样品的具体数量由集成电路（析窗口（放置样品的具体数量由集成电路（IC）的尺寸决定）的尺寸决定）3、电缆和导线的绝缘层、电缆和导线的绝缘层 剥下电缆和导线的绝缘外皮，并将它们放置在盖有聚酯薄膜的剥下电缆和导线的绝缘外皮，并将它们放置在盖有聚酯薄膜的X X射线样品杯射线样品杯 中进行检测中进行检测二）塑料样品的测试样品的测试小提示小提示有些情况下，当某些粗电缆的PVC绝缘外皮足够厚从而能够阻挡铜芯发出的X射线干扰时，我们也可以直接对其进行检测（但这对银芯或锡芯电缆并不适用） 在具体操作过程中，建议用户先将直接检测电缆（不破坏）与检测剥离下来的绝缘外皮得出的两组数据进行比较，以确认该类样品的最佳处理方式 精确分析时的样品前处理精确分析时的样品前处理•手工碎板：用剪刀将剪至不大于2×10×10 cm3，对于电气零件，其尺寸不得大于 4x4cm2，塑料材料的样板其尺寸不得大于5x5mm2。

•粗磨：将样板碎至直径1mm左右如有需要，可用液氮预冷冻样板对于不含金属成分的有机物样板，建议使用低温研磨机•混匀：粗磨后样板在进一步磨碎前，需用搅拌器搅拌均匀，搅拌时间约为45分钟•压成实心塑料块精确分析时使用样品杯当样品厚度超过当样品厚度超过5 5mmmm时，检测结果将趋于稳定时，检测结果将趋于稳定（三）混合型样品的测试（三）混合型样品的测试•电路板部件：大型电容器的引脚或主体部分可以使用合金分析模式进行检测，而绝缘外皮（下图中的蓝色封装材料）应当在剥除后，用塑料分析模式检测如果只是需要对RoSH指令所禁止的元素进行筛检，用户可以使用塑料分析模式检测全部元件并判断相关元素浓度是否超标，从而实现以无损检测的方式拒绝不达标的部件样品的测试－要点总结样品的测试－要点总结1.在不要求手持检测的情况下，建议用户使用台式测试架以及电脑和NDTr软件遥控XRF分析仪，这样能使操作更简便、安全、重复性更高2.任何样品都应与检测窗口直接接触同时也需要保护好检测窗口的塑料薄膜，绝对不允许被任何物件刺破而掉入仪器内）3.在筛检样品时，对大多金属样品而言，建议的分析时间为30秒，而对于密度较低的样品（比如聚合物），我们建议对其检测120秒。

如果被分析元素（比如Cd和Pb)的浓度低于200ppm那么分析时间应当延长到200秒，以获取更精确的分析数据4.为了确认分析结果，用户最好应至少每2小时重复一次校准步骤(Calibrate Detector)以及标准品测试 ，并在检测任务完全结束之前重复这一步骤如果公司内部的质量保证/质量控制（QA/QC）程序比上述所述的要求更加严格，那么应该按照相应QA/QC的程序进行操作5.用户可以按照公司现行的质量保证/ /质量控制（QA/QC）程序对本操作程序作出调整或整合，但不能背离NITON在此正式推荐的要点，除非在和NITON LLC进行商议并获核准之后•XRF检测结果：•合格（Pass）•超标（Fail）“*”•可疑件（Inconclusive）“？”由于电子产品的多样性和复杂性，以及业内人士的经验，我们建议最终用户在使用XRF分析仪时，根据自身的实际情况来设定合格区合格区、超超标区标区和可疑区五、检测结果的理解RoHS指令•欧盟第2002/95/EC号指令－Restriction of Hazardous Substances,简称 “RoHS”，自2003年2月13日起成为欧盟范围内的正式法律 ，自2006年年7 月月1日日起，所有在欧盟市场上出售的电子电气设备中•镉(Cd) <100ppm铅(Pb)<1000ppm汞(Hg) <1000ppm六价铬(Cr6+) <1000ppm聚溴联苯(PBB)<1000ppm聚溴联苯醚 (PBDE) <1000ppm•该指令所涵盖的电子电器产品包括：大型家用器具、小型家用器具、 IT和远程通讯设备、用户设备、照明设备、电气和电子工具(不含大 尺寸静态工业工具)、玩具，休闲和运动设备和自动分配机如何根据检测数据判断样品是否符合如何根据检测数据判断样品是否符合“RoHS指令指令”①如果一个样品Cd<70ppm、Pb<700ppm、Hg<700ppm、Br<300ppm、Cr<700ppm仪器将会显示“PASS”之样，表示此样品符合“RoHS指令”②如果一个样品Cd、Pb、Hg中任何一个元素的含量超过以上数值，且此超标元素旁出现“？”符号，仪器会显示“INCONCLUSIVE”表示此样品可疑。

必须延长测试时间至200秒如仍然显示“？”，可比较其光谱图进行定性判断参考附图)③如果一个样品中Br>300ppm、Cr>700ppm，此元素旁出现“*”，仪器会显示“INCONCLUSIVE”表示此样品可疑，必须将样品送到实验室用GC－MS仪和UV仪分别进行检验PBB&PBDE和Cr 6+的含量④如果一个样品中Cd、Pb、Hg中任何一个元素的含量超过以上数值，且此超标元素旁出现“*”符号，仪器会显示“Fail”表示此样品不符合“RoHS指令”元素元素聚合物聚合物( (ppmppm) )金属材料金属材料( (ppmppm) )电子元件电子元件( (ppmppm) )CdCd<70 pass <70 pass 70130 failX>130 fail<70 pass <70 pass 70130 failX>130 failX<150 Inconclusive X<150 Inconclusive X>150 failX>150 failPbPb<700 pass <700 pass 7001300 failX>1300 fail<700 pass <700 pass 7001300 failX>1300 fail<500 pass <500 pass 5001500 failX>1500 failHgHg<700 pass <700 pass 7001300 failX>1300 fail<700 pass <700 pass 7001300 failX>1300 fail<500 pass <500 pass 5001500 failX>1500 failBrBr<300 pass<300 passX>300 InconclusiveX>300 Inconclusive<250 pass<250 passX>250 InconclusiveX>250 InconclusiveCrCr<700 pass<700 passX>700 InconclusiveX>700 Inconclusive<700 pass<700 passX>700 InconclusiveX>700 Inconclusive<500 pass <500 pass X>500 InconclusiveX>500 Inconclusive如何根据检测数据判断样品是否符合如何根据检测数据判断样品是否符合“RoHS指令指令”•示例：检测电子元件中的铅a.如果铅浓度读数大于等于1300 ppm，属于“依照RoHS指令Not OK”，该部件被否决。

注意：RoHS指令对某些电子元件存在例外，如陶瓷电阻这些元件即使含铅，也会被认为是符合“无铅”要求用户必须熟悉这些特例，以便应用在特定的产品和操作程序中b.如果铅浓度读数为小等于700 ppm，则“OK”，该部件可以被接受c.如果铅浓度的读数在700 ppm到1300 ppm之间，那么用户应当对其进行进一步的定量分析讨论：上述标准是建立在铅的被限制浓度为0.1% (1000 ppm)基础上的由于校准方法对于种类繁杂、形状多样的样品无法做到一应俱全，所以我们对相应的接受／拒绝的标准也放得比较松作为用户来说，通过检测自有的大量样品积累经验以不断提高检测的确信度，并不断缩小接受／拒绝的区间物物质质RoHS豁免项豁免项镉镉生产设备、机器等产品的电镀镉 铅铅玻璃：如荧光管等合金：钢合金＜0.35％，铝合金＜0.4％，铜合金＜4％焊锡：高温融化的焊料中的铅（即锡铅焊料合金中铅含量超过85％）汞汞荧光灯及灯具六价六价铬铬碳钢中的防腐剂，电冰箱制冷剂中的防腐剂PBB & PBDE十溴联苯 1300 > Pb > 700 ppm Cr >700 ppm待测样品(e.g. PC Board, Housing, Display)Screening with EDXRFRoHS Compliant“Pass”Br < 300 ppmCr, Hg, Pb < 700ppm Cd < 70 ppmMethods:IR, HPLC Br > 300 ppm1300 > Hg > 700 ppmMethods: EPA 3060A, 7196ADiphenylcarbazideMethods: ED-XRF, AASMethods: ED-XRF, ICP-AES130 > Cd > 70 ppmMethods: ED-XRF, ICP-AESPBB/PBDECr+6HgPbCd Hg, Pb >1300ppm Cd > 130 ppmRoHS NonCompliant“Fail”InconclusiveKEYIR = Infrared SpectroscopyHPLC = High Performance Liquid ChromatographyAAS = Atomic Absorption SpectroscopyEDXRF – Energy Dispersive X-Ray Fluorescence SpectroscopyICP-AES = Inductive Coupled Plasma – Atomic Emission Spectroscopy 样品输入样品输入ASTM F963-96aEN71-3PbPb含量约为含量约为 1200 {mg/kg] 1200 {mg/kg]检测数据的光谱图附：如何查看、比较数据的光谱图双击数据得到一个光谱图＃1450，蓝色最小化此窗口，再双击其他数据，可以得到重叠的三个光谱图。

如图所示，单击选项“X-ray Line List”出现此栏后，找到“Cd”，单击，在光谱图上会出现“Cd－ Ka”和 “Cd－Kb”（1）将鼠标移动到“Cd－ka”左边一点点，按下左键，不要松开拉到“Cd－Kb”右边一点点，放开就看到一个黑色的被选择区域2）找到“fit”键，单击放大后的Cd－Ka和Cd－Kb区域波峰较小，不方便观察，则可将鼠标放在Cd－Ka线附近，按下键盘上的“↑”键将光谱图放大到所需程度即可金属元素参考峰(IEC62321指令)六、实验报告的编写六、实验报告的编写•每个测试报告应该包括以下信息：–a) 分析试验室的部门和操作人员的姓名–b) 接受样品的时间和实际测试的时间–c) 报告的独特的鉴别号（如序列号）和报告的页码和总页数–d) 样品的描述和鉴别，包括如何取得该样品的途径实验报告的编写实验报告的编写－续－续–e) 参照IEC标准，应用的测试步骤（包括测试方法和测试仪器）–f) 仪器的检测限或者报告的有效期–g) 测试数据的单位（如mg/kg）–h) 所有QA/QC测试的数据必须包括空白测试数据（或标样测试数据），还需表明它们的来源–i) 其他检测时出现的影响因素需在试验报告中注明。