DM2400型
MEDXRF輕元素光譜儀
滿(mǎn)足國(guó)Ⅴ、國(guó)VI對(duì)車(chē)用汽柴油超低S檢測(cè)要求
超低檢測(cè)限（300s）：
Si: 0.7ppm，P: 0.4ppm，
S: 0.15ppm，Cl: 0.08ppm
采用
單色激發(fā)能量色散X射線(xiàn)熒光(MEDXRF)分析技術(shù)
高衍射效率對(duì)數(shù)螺線(xiàn)旋轉(zhuǎn)雙曲面(LSDCC)人工晶體
高計(jì)數(shù)率(2Mcps)和分辨率(123eV)的SDD探測(cè)器
合理kV、mA、靶材組合的微焦斑薄鈹窗X射線(xiàn)管
符合標(biāo)準(zhǔn)：
GB/T 11140
ISO20884
ASTM D2622
ASTM D7039
ASTM D7220
ASTM D7757
ASTM D7536
ISO 15597
ASTM D6481
概述
DM2400型單色激發(fā)能量色散X射線(xiàn)熒光輕元素（Si、P、S、Cl）光譜儀，簡(jiǎn)稱(chēng)DM2400型MEDXRF輕元素光譜儀，是本公司集數(shù)十年X熒光光譜儀的研究經(jīng)驗(yàn)，在公司原有的DM系列X熒光測(cè)硫儀、X熒光多元素分析儀、波長(zhǎng)色散X射線(xiàn)熒光多道光譜儀等的基礎(chǔ)上研制推出的本公司款單色激發(fā)XRF光譜儀。它采用以下技術(shù)和器件，使采用50W光管的能譜儀DM2400具有出色的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，超低檢出限，實(shí)已將現(xiàn)代科技發(fā)揮到。
單色激發(fā)能量色散X射線(xiàn)熒光(MEDXRF)分析技術(shù)
X射線(xiàn)熒光光譜儀的檢出限LOD（limit ofdetection）是指由基質(zhì)空白所產(chǎn)生的儀器背景信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍值的相應(yīng)量，即：
（1）
式中，Rb為背景（本底）計(jì)數(shù)強(qiáng)度，N為已知濃度為C的低濃度試樣的計(jì)數(shù)強(qiáng)度，T為測(cè)量時(shí)間。從式（1）可以看出檢出限與靈敏度（N-Rb）/C成反比，與背景Rb的平方根成正比。在測(cè)量時(shí)間一定的情況下要降低檢出限，就必須提高靈敏度和（或）降低背景。
圖1.MEDXRF分析技術(shù)原理圖
傳統(tǒng)XRF，無(wú)論是EDXRF還是WDXRF，無(wú)法實(shí)現(xiàn)較低檢出限的一個(gè)主要原因是X射線(xiàn)光管出射譜中連續(xù)軔致輻射的散射使得熒光光譜的連續(xù)散射背景較高。
單色激發(fā)能量色散X射線(xiàn)熒光(MonochromaticExcitation Beam Energy Dispersive X-Ray Fluorescence)分析技術(shù)，就是采用光學(xué)器件將X射線(xiàn)光管出射譜單色化，進(jìn)而使得熒光光譜的連續(xù)散射背景極大地降低，同時(shí)盡可能少的降低甚至于可能的話(huà)增加所需激發(fā)X射線(xiàn)的單色化的線(xiàn)或窄能量帶的強(qiáng)度，從而大大降低了檢出限。相比傳統(tǒng)的EDXRF降低了1至2個(gè)數(shù)量級(jí)，相比大功率（如4kw）的WDXRF也要低得多。
圖2.樣品的XRF光譜圖
高衍射效率對(duì)數(shù)螺線(xiàn)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聚焦人工單色晶體
將X射線(xiàn)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。而衍射法中的雙曲面衍射晶體DCC（DoublyCurvedCrystals）是單色化和高的。
衍射必須滿(mǎn)足Bragg定律：
nλ=2dsinθ （2）
也就是說(shuō)從源出射的射線(xiàn)其波長(zhǎng)必須滿(mǎn)足（2）式才被衍射，所以其具有的單色化。又由于DCC能將點(diǎn)源聚焦，所以有大的收集立體角，從而有*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(dǎo)體探測(cè)器Si-PIN或SDD可以接受大部分樣品較小面中的熒光射線(xiàn)，也就是說(shuō)DCC還提高了探測(cè)效率。
圖3.實(shí)線(xiàn)為X射線(xiàn)管的出射譜，
紅色為經(jīng)LSDCC單色化的特征X射線(xiàn)入射譜
DCC按其曲面又分為半聚焦（Johann），全聚焦（Johansson）和對(duì)數(shù)螺線(xiàn)（Logarithmic Spiral）等。其中半聚焦只是部分滿(mǎn)足衍射條件，所以經(jīng)半聚焦DCC單色化的特征X射線(xiàn)入射譜是最差的。全聚焦是*衍射條件且是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聚焦的。但全聚焦DCC的制造工藝極其復(fù)雜，除彎曲外它必須有一個(gè)磨成R曲面的過(guò)程，天然晶體如Si，Ge等是很脆的，極不容易磨制，而人工晶體是不可能磨制的，另外天然晶體通常在非常窄的光譜區(qū)域中衍射X射線(xiàn)。導(dǎo)致靶材特征X射線(xiàn)只有一部分被衍射，積分衍射率低。
DM2400采用的對(duì)數(shù)螺線(xiàn)旋轉(zhuǎn)雙曲面人工晶體DM30L，是集本公司技術(shù)精英經(jīng)2年的刻苦專(zhuān)研研制而成的產(chǎn)品。對(duì)數(shù)螺線(xiàn)DCC也是*衍射條件的，雖然聚焦不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，而是點(diǎn)對(duì)面的，但由于這個(gè)面很小，一般只有2mm左右，所以可認(rèn)為是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的。它用的是DM人工晶體，該晶體的積分衍射率是天然晶體的3到10倍，所以該晶體的效率是目前高的。另外，它只需彎曲無(wú)需磨制和拼接，制造方便。
圖4. LSDCC點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聚焦原理圖
高分辨率(123eV)高計(jì)數(shù)率(2Mcps)的SDD探測(cè)器
X射線(xiàn)探測(cè)器的種類(lèi)有很多，有正比計(jì)數(shù)管，Si-PIN探測(cè)器和硅漂移探測(cè)器SDD等。探測(cè)器的分辨率以峰的半寬度表示，峰的凈計(jì)數(shù)與半寬度無(wú)關(guān)，但其背景計(jì)數(shù)與半寬度成正比，所以分辨率越高則檢出限越低。正比計(jì)數(shù)管的半寬度是半導(dǎo)體探測(cè)器的8倍左右，所以檢出限高8的平方根倍左右。Si-PIN的分辨率比SDD的稍差，且其在高計(jì)數(shù)率下分辨率急劇下降，所以SDD是的探測(cè)器。
DM2400采用德國(guó)KETEK公司生產(chǎn)的VITUS H20 CUBE()SDD探測(cè)器，其分辨率小于123eV，有效探測(cè)面積20mm2，計(jì)數(shù)率2Mcps。
圖5. 硅漂移探測(cè)器SDD
合理kV、mA、靶材組合的微焦斑薄鈹窗X射線(xiàn)管
激發(fā)樣品的X射線(xiàn)能量越接近所需分析元素的吸收限，其激發(fā)效率就越高。DM30L晶體僅衍射X射線(xiàn)管出射譜中的高強(qiáng)度特征X射線(xiàn)，其有靶材發(fā)出。所以合理的選用靶材能得到的激發(fā)效率。DM2400標(biāo)準(zhǔn)型由于可測(cè)量Cl以下的元素，所以選擇Ag作為靶材。
選定靶材后，在X射線(xiàn)光管功率一定的情況下，如50W，合理的光管高壓（kV）和電流（mA）組合能達(dá)到的激發(fā)效率。由于采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的聚焦，所以必須采用微焦斑的X光管。由于靶材的特征X射線(xiàn)能量很低，所以必須用薄鈹窗X射線(xiàn)管。
DM2400采用50W微焦斑薄鈹窗X射線(xiàn)管，標(biāo)準(zhǔn)型選用Ag靶，并對(duì)kV、mA進(jìn)行合理組合。
圖6. 微焦斑薄鈹窗X射線(xiàn)管
標(biāo)定
用已知含量的7個(gè)含Si、P、S、Cl樣品對(duì)儀器進(jìn)行標(biāo)定，得圖7的工作曲線(xiàn)。
圖7. 含Si、P、S、Cl樣品工作曲線(xiàn)
這些工作曲線(xiàn)的相關(guān)系數(shù)γ 均大于0.999，表示DM2400光譜儀的線(xiàn)性誤差極小。
準(zhǔn)確度
為了進(jìn)一步測(cè)試分析的準(zhǔn)確性，制備了具有不同硫含量的柴油和輕質(zhì)油的五個(gè)樣品，每個(gè)樣品裝入兩個(gè)不同的樣品杯中進(jìn)行S準(zhǔn)確度試驗(yàn)：
表2. 用五個(gè)未知樣品測(cè)定S分析的準(zhǔn)確度結(jié)果
樣品 | 標(biāo)稱(chēng)值（ppm） | 1號(hào)樣品杯（ppm） | 2號(hào)樣品杯（ppm） |
柴油5 | 5 | 4.91 | 4.82 |
柴油3 | 3 | 3.02 | 3.05 |
汽油2 | 2 | 2.12 | 2.00 |
汽油10 | 10 | 10.8 | 10.2 |
汽油25 | 25 | 24.5 | 25.2 |
表2示出了獲得的濃度結(jié)果（ppm），以及與標(biāo)稱(chēng)值的比較。這些結(jié)果表示在低濃度水平下，用DM2400光譜儀可以實(shí)現(xiàn)S的優(yōu)異的準(zhǔn)確度。
精確度
對(duì)三種，每種各裝入七個(gè)不同樣品杯的汽油樣品進(jìn)行S重復(fù)性試驗(yàn)：
表1. S汽油樣品S分析的重復(fù)性測(cè)試數(shù)據(jù)
樣品杯號(hào) | 第1種樣品（ppm） | 第2種樣品（ppm） | 第3種樣品（ppm） |
1 | 1.15 | 5.31 | 10.32 |
2 | 1.08 | 4.92 | 9.89 |
3 | 0.90 | 5.05 | 10.11 |
4 | 0.93 | 4.78 | 9.67 |
5 | 1.01 | 4.88 | 9.51 |
6 | 1.03 | 5.16 | 9.90 |
7 | 0.97 | 5.26 | 9.81 |
平均值 | 1.01 | 5.05 | 9.89 |
標(biāo)準(zhǔn)偏差 | 0.086 | 0.201 | 0.269 |
RSD | 8.6% | 4.00% | 2.69% |
這些結(jié)果表示在低濃度水平下，用DM2400光譜儀可以實(shí)現(xiàn)S的優(yōu)異的重復(fù)性。
特點(diǎn)
快速同時(shí)–所需測(cè)量元素同時(shí)快速分析，一般幾十秒給出含量結(jié)果。
低檢出限–采用*MEDXRF技術(shù)，LSDCC核心技術(shù)，達(dá)檢出限。具*的重現(xiàn)性和再現(xiàn)性。
長(zhǎng)期穩(wěn)定–采用可變?cè)鲆鏀?shù)字多道,有PHA自動(dòng)調(diào)整、漂移校正、偏差修正等功能，具的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
環(huán)保節(jié)能–射線(xiàn)防護(hù)達(dá)豁免要求。分析時(shí)不接觸不破壞樣品，無(wú)污染，無(wú)需化學(xué)試劑，也不需要燃燒。
使用方便–觸摸屏操作。樣品直接裝入樣品杯，放入儀器后只需按[啟動(dòng)]鍵即可，真正實(shí)現(xiàn)一鍵操作。
高可靠性–一體化設(shè)計(jì)，集成化程度高，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，抗*力強(qiáng)，可靠性高。
高性?xún)r(jià)比–無(wú)需鋼瓶氣體，運(yùn)行維護(hù)成本極低。價(jià)格為國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的一半。是真正的高性?xún)r(jià)比產(chǎn)品。
適用范圍
適用于煉油廠(chǎng)、檢測(cè)及認(rèn)證機(jī)構(gòu)、油庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量范圍從0.5ppm到10%的各種油品(如汽油、柴油、重油、殘?jiān)剂嫌偷?/span>)、添加劑、含添加劑潤(rùn)滑油、以及煉化過(guò)程中的產(chǎn)品。
亦適用于各行各業(yè)任何材料中Cl以下元素的同時(shí)測(cè)量
主要技術(shù)指標(biāo)
注：如用戶(hù)認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)型的DM2400不能滿(mǎn)足要求，可向本公司提出，本公司可盡可能滿(mǎn)足用戶(hù)的要求。如要求更低的檢測(cè)限，本公司可將晶體從1塊增加到3塊以降低檢測(cè)限為原來(lái)的1/1.73。如要求測(cè)量F以下原子序數(shù)的元素，本公司可為用戶(hù)選擇AP3.3入射窗的SDD。如用戶(hù)要在高S的基體下測(cè)微量Al和Si，本公司可將標(biāo)準(zhǔn)型的Ag靶改為Mo靶，以滿(mǎn)足用戶(hù)要求。
