波长色散X射线荧光光谱仪的测试标准和计量检定规程介绍

1、波长色散X射线荧光光谱仪的测试标准和计量检定规程介绍应晓浒（宁波出入境检验检疫局，浙江省宁波市柳汀街144号 315010）摘要 介绍澳大利亚国家标准和中国国家计量检定规程中关于波长色散型X射线荧光光谱仪的性能测试方法，并对SRS3400型X射线荧光光谱仪进行了性能测试和计量检定。关键词 X射线荧光光谱仪，性能测试1. 前言新的X射线荧光光谱仪安装调试结束后，需要对仪器的技术性能进行测试验收，仪器经过一段时间运行，由于维修或其他原因使仪器状态发生变化时，也需要对其性能进行测试。本实验室于1998年购置了一台SRS3400型X射线荧光光谱仪，合同中规定按澳大利亚关于波长色散型X射线荧光光谱仪精密

2、度测试的标准方法1验收，仪器调试完毕即按该标准进行技术性能测试，获得了令人满意的结果，验收合格后，按中国国家计量检定规程2进行计量，通过了CCIBLAC认可委员会的现场评审。澳大利亚标准包括4个方面：1、测试的频率，2、计数器测试，包括分辨率和流气计数器窗膜的导电率3、光谱仪精密度测试，包括各个部件的到位精密度和仪器的稳定型，4、确定计数器的死时间。国家计量检定规程包括外观和技术性能二部分，技术性能指仪器的精密度和稳定性，计数器的计数率、分辨率和计数线性，与澳大利亚标准在很多方面是相似的，考虑到计数器的死时间已在仪器出厂前由仪器公司设定，故本文主要介绍计数器性能和仪器的精密度与稳定性测试方法。

3、2. 计数器2.1 分辨率流气内的杂质会污染流气计数器，导致能量分布变宽和脉冲高度漂移，同样封闭计数器和闪烁计数器也会因为各种因素引起性能变化，分辨率R与能量分布曲线（见图1）有关，是计数器的一个主要指标，以下式表示：R=（W/V）×100%式中 W：能量分布曲线的半峰宽 V：中心脉冲高度计数器的理论分辨率为：R=Fn1/2式中 F：Fano系数 n：对于气体计数器，指每个入射光子产生的初级电子数，对于闪烁计数器，指光电倍增管第一级所收集到的光电子数。根据这个理论关系，可以用一个常数和入射线能量来表示分辨率，氩气计数器的理论分辨率为：R=38.3/E1/2%式中 E: 入射线能量，k

4、eV闪烁计数器的理论分辨率为：R=120/E1/2%对于Cu K（E=8.04keV），氩气计数器和闪烁计数器的理论分辨率分别为13.5%和40%。在实际工作中，计数器的实际分辨率(Rac)为：Rac=kR式中 k：与计数器的设计，闪烁计数器的闪烁效率，气体计数器的计数丝直径和清洁程度有关的系数。对于一个清洁的流气计数器，k值通常为1.3，因此对于Cu K，氩气计数器实际分辨率约为17%。澳大利亚标准在测试分辨率时推荐用Cu K或Fe K，计数率调到50kCPS。计量规程规定用Al K测试流气计数器的分辨率，Cu K测试闪烁计数器的分辨率，计数率为2050kCPS。表1是SRS3400型X射线

5、荧光光谱仪中流气和闪烁计数器测试结果。表1 计数器的分辨率(%)计数器分析谱线计数率kCPS分辨率%计量规程要求A级B级流气计数器Cu K6916.16Al K4535.74045闪烁计数器Cu K4944.216070澳大利亚标准要求流气计数器的分辨率不能大于理论分辨率的1.5倍，否则要对计数丝清洗或更换。对于闪烁计数器，由于其能量分辨率与设计有关，难以计算，当分辨率明显变化时，考虑维修或更换计数器。2.2 流气计数器的窗膜导电率流气计数器窗膜由一块聚酯薄膜、hostaphan膜或聚丙烯薄膜镀上一层很薄（约30nm）的铝膜所构成，由于窗膜承受大气压力，一段时间后随着基体材料的延展，铝膜可能产

6、生裂纹，从而减弱导电性能，这种情况对脉冲高度分布影响不大，但会使高计数率样品所测得的计数率减小。新型号的X射线荧光光谱仪一般都安装1m甚至0.6m的窗膜，而不再使用6m的窗膜，因此流气计数器的窗膜导电性能下降的可能性增大。澳大利亚标准关于窗膜导电率的测试方法：在低X光管功率情况下，选一个K K计数率约2000CPS的样品，测定计数率，然后用一个钾含量高的样品取代原样品，将光管调到满功率，保持2分钟，再将X光管功率减至原值，测量第一个样品，如窗膜导电正常，将得到原计数率，如窗膜导电性能变差，会发现计数率减小，然后慢慢回升至初始值，这时就应调换窗膜。 计量规程无此项要求。2.3 X射线计数率计量方

7、法：按仪器技术标准规定的测试条件，测量每一块晶体对某一个分析元素特征X射线计数率。A级要求大于仪器出厂指标值的90%。澳大利亚标准无此项要求。2.4 计数线性计量方法：X射线源电压一定，改变电流，绘制计数率对电流的曲线，计算90%(A级)或60%(B级)仪器规定最大线性计数率时的计数偏差CD，要求CD1%。SRS3400型X射线荧光光谱仪的流气计数器的最大线性计数为1500kCPS，在计数率为1350kCPS时的计数偏差为0.1%。澳大利亚标准通过测试脉高漂移来确定仪器可用的最大计数率。3 仪器精密度X射线荧光光谱仪，尤其是顺序式X射线荧光光谱仪，每一个测量过程都有许多部件在动作，精密度测试即

8、测试这些部件的到位精密度。计量方法：连续测量20次，每次测量都改变机械设置条件，包括晶体、计数器、准直器、2角度、滤波片、衰减器和样品转台位置等，精密度以相对标准偏差RSD表示，要求RSD2.0/N1/2×100%。（N为平均累计计数）。SRS3400型X射线荧光光谱仪在平均累计计数为1910354时的相对标准偏差为0.09%，精密度限值为0.14%。澳大利亚标准中对每一个运动部件分别做精密度试验，为达到0.1%的精密度，要求累计计数大于106，20次连续测量的相对标准偏差RSD1.5/N1/2×100%。SRS3400型X射线荧光光谱仪的精密度测试情况如下，测量谱线为铜试

9、样的Cu K：3.1 不作任何变化的计数涨落试验 不作任何变化，重复测量20次，每次测量时间10秒。3.2 2角重现性试验 在2=45.014°测量10秒，再在2=58.392°测量2秒，重复测量20次。3.3 准直器重现性试验 在准直器0.15°的条件下测量10秒，再在准直器0.46°的条件下测量2秒，重复测量20次。3.4 发生器重现性试验 在V=20kV，I=10mA的条件下测量10秒，再在V=50kV，I=40mA的条件下测量2秒，重复测量20次。3.5 晶体转换器重现性试验 用LIF200测量10秒，再用LIF220测量2秒，重复测量20次。3

10、.6 探测器重现性试验 用流气计数器测量10秒，再用闪烁计数器测量2秒，重复测量20次。3.7 样品位重现性试验 在1号位测量10秒，再在4号位测量2秒，重复测量20次。3.8 初级滤光片重现性试验 在加Al100滤光片的条件下测量10秒，再在无滤光片的条件下测量2秒，重复测量20次。3.9 准直器面罩重现性试验 在准直器面罩为34mm的条件下测量10秒，再在准直器面罩为23mm的条件下测量2秒，重复测量20次。3.10 真空封挡装置重现性试验 在加真空封挡装置的条件下测量10秒，再在无真空封挡装置的条件下测量2秒，重复测量20次。3.11 样品杯重现性试验 分别用8个样品杯测量，测量时间10

11、秒。 以上11项重现性试验的结果见表2，试验结果均符合澳大利亚标准要求。不作任何变化的计数涨落试验的相对标准偏差和各个部件重现性试验的相对标准偏差都在0.088%左右，说明由各个部件动作带来的变化是很小的。表2 精密度试验结果试验内容平均累计计数相对标准偏差(%)相对标准偏差限值(%)计数涨落12530860.0880.1342角12527340.0750.134准直器12516250.0940.134发生器12531070.1070.134晶体转换器12529300.1070.134探测器10059830.1200.150样品位12530440.0970.134初级滤光片12474650.0

12、850.134准直器面罩12531510.0680.134真空封挡装置8494570.1040.163样品杯12533950.0430.1344 仪器稳定性计量方法：测量不锈钢样品的Cr K或Ni K，计数率高于100kCPS，计数时间40S，连续测量400次，稳定性的测试结果用相对极差RR表示，要求RR（0.2+6/N1/2×100）%。SRS3400型X射线荧光光谱仪在平均累计计数为6208838时的相对极差为0.29%，稳定性限值为0.44%。澳大利亚标准方法：分别用流气计数器和闪烁计数器测量Fe K，计数率高于100kCPS，连续测量50次，要求相对标准偏差RSD1.3/N1

13、/2×100%。本文对SRS3400型X射线荧光光谱仪进行长达15小时的稳定性测试，对铜试样的Cu K连续测量453次，每次100秒，在平均累计计数为6238584时的相对标准偏差为0.043%，长期稳定性试验的测量过程见图2。参考文献1 Australia Standard，Wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometers-methods of test for determination of precisionS，AS2563-1982，Standards Association of Australia，1982，1

14、-132 中华人民共和国国家计量检定规程，波长色散X射线荧光光谱仪S，JJG810-93，中国计量出版社，1993，1-12Introduction of Test and Metrical Method for X-Ray Fluorescence SpectrometerYing Xiao-hu（Ningbo Entry-Exit Inspection and Quarantine Administration，No.144 Liuting Street，Ningbo，315010，P.R. China）Abstract Australia standard of precision test methods and china metrical regulation for wavelength dispers