波长色散X射线荧光分析的新发展

　　1 引 言

　　在新的世纪，分析仪器为了适应新的科学研究领域的要求，在不断地进一步发展。波长色散 X 射线荧光分析除了继续保持和发展其在高含量、常量和微量元素分析上高精度、高稳定性的固有特点之外，在进一步提高灵敏度，使元素分析范围扩展到痕量领域; 开拓微区面分布的元素成像分析;进一步对传统分析困难的轻元素和中重金属元素的探讨，开发新的高级次谱线分析方法;适应新材料特别是纳米材料的分析要求， 对薄膜分析的开拓等方面，已经有了长足的发展。本文介绍情况均已在商品化的分析装置上得以实现。同时本文引入对无标样分析的基本参数法(FP 法)目前发展状况的介绍。

　　2 元素分析范围的扩展

　　1995 年，随着 4KW 薄窗 X 射线管的技术开发，使波长色散 X 射线荧光分析在痕量分析领域(ppm 数量级)获得了极大的发展。采用 4KW 薄窗 X 射线管，比较传统 3KW X 射线管，对于19K~92U 元素范围的重元素，提高灵敏度 30% 以上，对于4Be~17Cl 元素范围的轻元素，提高灵敏度 70% 以上[1]。特别对钢铁工业的微量 S 分析，石化工业的微量 Cl 分析等方面，有着直接意义。今天，4KW 薄窗 X 射线管，已经成为高级波长色散 X 射线荧光分析装置的标志，得到业界的公认。同时，4KW 薄窗 X 射线管的冷却方式的改进[2]，以及X 射线发生器控制方式的发展，使得 4KW 薄窗 X 射线管在应用上的可靠性，大大地好于传统 3KW X 射线管，从而在根本上杜绝了 X 射线管易于损坏的可能性，使仪器更加可靠。

　　3 微区面分布的元素成像分析

　　也是在 1995 年开始，商业厂家开始研发波长色散X 射线荧光微区 面分布的元素成像分析[3]。从当时的1毫米分析束斑，发展到现在最新的250 微米分析束斑成像能力[4]。同时还可以装备CCD 光学成像定位和进行样品实物像比对。如同在 90 年代初期 X 射线光电子能谱仪研发X 射线光电子成像分析(iXPS)技术[5]，对后来X 射线光电子能谱仪的发展起到决定性作用一样，X 射线荧光微区面分布的元素成像分析(iXRF)，对于地质矿产、新材料开发、失效分析、电子产品、金属材料的偏析测定、公安部门微量物证、考古文物等方 面，可以进行更有效的测定，开拓 X 射线荧光分析的应用范围。技术上，采用荧光 X 射线出射方向的管状光栏精细步进运动，与样品盒高精度旋转运动方式组合进行定位，具有空间分辨率高，成像速度快和重现性好的特点。即使在0.5 毫米的分析斑点上，对轻元素的灵敏度和对稀土元素的分辨率，都可以很好地保证[1]。

　　X 射线荧光微区面分布的元素成像分析(iXRF)，可以有效地补充扫描电子显微镜加能谱分析的不足。很多材料分析的要求，非常重视低倍率的观测和元素分析 (例如 X 5~X 20)，而低倍率观测和元素分析，正是 iXRF 的特长。波长色散 X 射线荧光微区面分布的元素成像分析的灵敏度和分辨率，是扫描电子显微镜的能谱无法相比的，前者可以得到 ppm 数量级的分析结果，后者通常只能进行百分含量的测量。在轻元素方面前者的优势更加明显。