微束X射线荧光光谱仪测定射击残留物特征元素分布图的应用研究

通过优化定距射击样本采集条件,考察了六四手枪在不同距离(0,2,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,60,80,100,120,140,170,200,300,500,1 000 cm)垂直射击PU布块靶体时相关元素(氯、钾、硫、锑、锡、钡、铅、汞、砷、铁、铜、锌、钛、钙、铑)的区域扫描图,建立了微束X射线荧光光谱(μ-XRF)面扫描技术分析射击样本的方法,并建立了六四手枪射击残留物特征元素分布图形随射击距离而变化的数据模型,同时对所得数据进行了归一化处理。本方法可协助推断射击距离,为涉枪案件的侦查与诉讼提供科学证据。

自动双曲面石墨弯晶预衍射X射线荧光光谱法测定后处理工艺样品中的微量铀

为快速、准确、无损检测后处理工艺样品中的微量铀,研制了自动双曲面石墨弯晶预衍射X射线荧光光谱仪,并建立了测定模拟含铀料液中微量铀的分析方法。该仪器在普通能量色散X射线荧光光谱仪的探测器前添加了双曲面石墨弯晶预衍射器,以提高光束的聚焦性,双曲面石墨弯晶参与衍射的有效区域远大于直筒式石墨晶体,大幅降低了铀元素的检出限。测试结果表明,该仪器对铀的检出限为0.033 mg/L,定量限为0.110 mg/L,铀浓度的相对标准偏差优于5%。采用经验系数法对含有锶和钇的模拟含铀料液中的铀元素进行了校正,结果显示,铀回收率在98%~102.3%以上,说明该方法具有较高的准确度。

基于双曲面弯晶技术的便携式X射线荧光光谱仪快速测定土壤中(类)金属元素的含量

为解决常规便携式X射线荧光光谱仪现场检测土壤(类)金属元素时存在的检测元素种类少、部分元素检出限高等缺点,选择GB 15618-2018、GB 36600-2018、农业农村部发布的《第三次全国土壤普查工作方案》包含的重(类)金属元素、金属营养元素以及具有开采价值的(类)金属元素作目标元素,对题示方法的应用可行性(检出限、精密度、准确度)进行了全面考察。土壤样品经烘干、研磨、压实后,用配有双曲面弯晶的便携式X射线荧光重金属分析仪分析,采用快速基本参数法(Fast FP)定量。结果显示:Cd、Hg、As、Cu、Sb、Tl、Mo、Sn、Se、Cs等主要目标元素的检出限为0.2~3 mg·kg^(-1),基本低于环境背景值或上述标准要求的限值(Hg和Se除外)。按照试验方法分析3种水系沉积物成分分析标准物质和两种土壤成分分析标准物质,除测定值在测定下限以下的元素以及Tl、Mg元素外,标准物质中其余主要目标元素测定值的相对标准偏差(n=7)基本低于20%,相对误差的绝对值基本低于35%,Cu、Pb、Cr、Zn和Ni等基础项目元素测定值的相对标准偏差和相对误差符合或接近HJ/T 166-2004对室内平行双样测定精密度和准确度的允许误差要求。利用上述方法分析5种实际土壤样品,所得结果和标准分析方法的基本一致。方法具有快速、准确度高、重现性好,定性、定量元素多的特点,适用于多场合土壤中(类)金属元素的现场测定。

基于微束X射线荧光光谱的单晶叶片枝晶成分分布定量统计研究

镍基单晶高温合金是含有10~15种元素的复杂合金,具备优良的高温强度和耐腐蚀性。目前,先进燃气涡轮发动机的涡轮部件几乎都采用空心结构的单晶叶片。叶片服役过程中要承受超过其熔化温度数百摄氏度的高温和巨大离心应力,是工况条件最为恶劣的航空零件,被誉为“工业王冠上的明珠”,研制发展更耐高温的叶片材料以及改进叶片的冷却技术是提高涡轮进口温度的关键手段。新一代的单晶叶片中添加大量难熔元素(如Ta,W和Re等)用来提高承温能力,但这些元素在凝固过程中存在严重的枝晶偏析,导致组织内成分分布不均匀。通常采用复杂的多级热处理来溶解非平衡组织,减小偏析。枝晶间成分的详细表征对优化热处理工艺和叶片设计具有重要的意义。微束X射线荧光光谱是一种无损检测技术,制样简单,无需镀导电膜,可对样品进行多元素同时检测,多用于生物和考古领域,定量表征成分复杂的金属材料存在一定困难,应用案例较少。单晶高温合金具有特殊的十字枝晶组织,尺寸约为几百微米,微束X射线荧光光谱可以满足单晶叶片枝晶成分的详细表征和大区域面积的成分分布定量统计需求。本实验基于微束X射线荧光光谱技术,建立了镍基单晶高温合金枝晶成分定量统计分布表征方法,并应用于新型单晶涡轮叶片的全域枝晶组织成分定量分布表征,探讨了单晶涡轮叶片叶冠到榫头的成分演变规律,获得了不同部位主元素的一次偏析比和二次偏析比。结果表明,Re,W和Ta元素偏析严重,随着叶片截面尺寸的增加及与冷却铜盘距离的增加,叶片叶冠到榫头各元素的偏析程度降低;Cr,Co和Mo元素偏析比接近于1,偏析变化不明显,分布较均匀。通过对单晶叶片枝晶成分的定量统计解析,获得了单晶叶片成分的演变规律,为叶片的设计和凝固工艺的改进提供数据支撑。

毛细管X光透镜聚焦的微束X射线荧光谱仪的研发及应用

针对不同样品的分析需求,本文设计了几种不同类型的微束X射线荧光谱仪。用高精度激光位移传感器实时校正样品表面被测量点与毛细管透镜出端之间的距离,以减少形状不规则的古陶瓷样品测量时带来的误差;利用毛细管X光透镜传输能量高于25keV的X射线效率低的特点,将其应用于高铅釉瓷器彩料的无损分析中;采用大功率X射线源,扫描分析了大米中K、Ca等元素分布;以人民币5角硬币为例,研究了能量色散的微束X射线衍射方法。研究结果表明,本文研发的微束X射线荧光谱仪在生物样品和文物样品的分析研究中有广泛的应用前景。

粉末压片-X-射线荧光光谱法分析砂岩型铀矿制样中粘结剂用量的探讨

由于砂岩型铀矿的成矿特性,样品粉末的内聚力小,采用直接压片法有时难以成型,样片表面常见裂纹,上机测量易碎裂。混合压片法适应性强,制样成功率高,但常见的问题是样品经粘结剂稀释会影响元素的检出限及结果的准确性。通过对粉末压片-X射线荧光光谱法测定砂岩型铀矿地质样品时前期制样中添加粘结剂的比例进行研究,按照不同比例在铀矿石标准物质GBW04101、GBW04102中添加粘结剂,在扫描电子显微镜下观察到随着粘结剂用量的增加,样片表面的光滑度及致密度都呈上升趋势,在X-射线荧光光谱仪上对主量元素进行测定后发现X射线强度在粘结剂添加量大于0.2 g时明显下降,经与GBW04101、GBW04102标准值进行对比后,优选出粘结剂与样品的最佳比例为1∶20,在此比例下制成的样片光滑平整,不易碎裂,用粉末压片-X射线荧光光谱法进行测定,标准物质测定结果的相对误差为0.56%~6.76%,相对标准偏差(RSD,n=12)为0.013%~7.7%,均达到了《地质矿产实验室测试质量管理规范》DZ/T 0130—2006的要求。为粉末压片-X射线荧光光谱法分析砂岩型铀矿地质样品提供了可靠的实验参考依据。

一种毛细管聚焦的便携式微束X射线荧光谱仪

基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点,导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化,引起照射样品的X射线束斑大小发生改变,从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪,此谱仪主要是由SDD X射线探测器、30W低功率X射线管、毛细管X光透镜、CCD和一个新型闭环控制系统构成。该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上,结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、样品台等器件组成。基于此系统,该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。同时,该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。为了验证设备的可行性,使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K,Ca,Zn和Fe等元素的含量及分布,并将测量结果进行了对比。结果显示,在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近,扫描区域元素分布图的分辨率更好,表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差,弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。因此,本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。

微束X射线荧光光谱分析技术在一种黑色纸张物证检验中的应用研究

对7种真假纸币样本和2003年～2008年的32宗诈骗案件中共计225件被染黑的真假纸币物证，采用微束x射线荧光光谱仪（micro-XRF）分析其二维元素分布。结果表明：纸币元素分布特征都具有特定性，相同面额相同年版的纸币元素分布特征相同，相同面额不同年版的纸币元素分布特征有差异；真假纸币元素分布特征存在显著差异；被染黑的纸币元素分布特征与原纸币相同；因而可根据被染黑真假纸币的元素分布特征，鉴定其真伪并判断纸币种类。微束XRF分析在实际案件中黑色纸张物证的检验准确率为100％。因此，微束XRF技术能有效检验被染料染黑的真假纸币，具有灵敏度高，分析过程中不破坏样品，结果准确的特点，在该类物证的检验中具有较高的应用价值。

微区X射线荧光光谱仪研制及元素生物地球化学动态分布过程研究

微区无损分析可提供物质组成元素的原位分布信息,以揭示物质形成条件、元素动态分布过程与相互作用机理、生物代谢作用等。文章报道了实验室型微区X射线荧光(μXRF)光谱仪的研发和元素生物地球化学动态分布过程研究结果。μXRF光谱仪采用15μm光斑的聚束毛细管X射线透镜为激发源,选用分辨率为135eV的硅漂移探测器(SDD),样品和探测器间角度可调,使之可进行异型样品如地质样品的原位分析,利用五轴自控实现样品时空四维元素分布测定。利用该μXRF光谱仪测定了矿物-生物膜间的元素迁移和玉米种发芽过程中的元素分布,发现(1)生物膜可吸附、富集毒性元素铅,是重金属的重要汇集地,最大富集系数1.7。(2)生物膜是金属从固态矿物相经水相进入生态系统的重要途径。(3)在玉米种子中,可检测到K,Ca,Mn,Fe,Cu,Zn和Pb。Zn主要在胚乳中分布,胚中有少量Zn存在;在胚乳和胚中存在微量Fe;胚乳中存在微量Pb,胚中未观测到Pb。(4)经含Pb溶液浸泡发芽后,K在玉米种中胚和胚乳中部分富集,Fe分布在种皮和胚乳中,Cu和Zn主要在胚乳中分布;Pb主要在胚根、胚轴和胚芽中分布,且Pb在新生根中高度富集。研究表明,在种子萌发阶段,Pb等毒性元素可被植物滞留于根部,制约了其向地上部的转移,从而揭示了植物对毒性元素的耐受机制。

微束X射线荧光光谱分析在法医学鉴定中的应用进展

微束X射线荧光(microbeam X-ray fluorescence,micro-XRF)光谱技术是近年来兴起的一种微束分析技术,以其灵敏度高、所需检材微少、检测精确、非破坏性等优点而得到广泛的应用,近年来micro-XRF在司法鉴定中的应用也逐渐增多。本文根据国内外近期micro-XRF在法医学应用方面的研究进展,概述了其在射击残留物、指纹显像、毒品来源及生产工艺等物证鉴别方面及其在犯罪现场分析等方面的应用。近年来智能、便携化的micro-XRF技术设备已经开始得到应用,相信其在法医学鉴定中将得到更广泛的普及和应用。

微束X射线荧光光谱分析红土中铁锰结核内部微小区域（英文）

在中国南方第四纪红土剖面中普遍发育一种黑褐色,形状规则或者不规则的新生体,由于其含有较高的Fe和Mn元素而被称为铁锰结核。铁锰结核被认为是土壤中温度、水分、氧化还原条件变化而形成的土壤新生体,因此它被认为是环境信息的良好载体。尤其是结核内部发育的环带状构造,被认识是结核形成过程气候干湿变化的结果。因此对结核内部微小区域的研究,有助与理解红土母质的风化过程以及结核的形成原因。X射线荧光光谱分析在20世纪80年代初已是一种成熟的分析方法,是实验室、现场分析主、次量和痕量元素的首选方法之一。运用帕纳科Zetium X射线荧光光谱仪的微小区域分析工具对铜陵第四纪红土中结核内部由核心至边缘的主量元素分布状况进行分析,结果表明,XRF微小区域分析功能可以快速有效的分析样品内元素的分布状况。结核内部元素分布情况来看,铜陵剖面内铁锰结核内部颜色深浅变化主要是由于Mn元素含量的变化而引起的。结核的核心Mn元素含量最高,由核心向边缘呈现高低交替变化特征。指示结核形成初期,由于气候相对干旱,Mn元素由低价离子态氧化成高价化合物后发生淀积。结核内部浅色环带Si和Al元素含量明显较深色环带高,可能代表了相对湿润的气候时期。

地质样品中23个常量元素和微量元素的X射线荧光光谱仪测定

X射线荧光光谱仪测定地质样品中的23个常量元素和微量元素,采用粉末压片法,测量范围常量元素从0.0026%到90.36%;微量元素从0.094ug/g到1900ug/g。该方法具有简便、快速、准确等优点。

X射线荧光光谱仪与气相色谱-质谱联用法测定六溴环十二烷

建立了六溴环十二烷(HBCD)的测试方法并进行了确认,优化前处理方法,利用X射线荧光光谱仪进行初筛可以大大提高测试效率,采用甲苯-甲醇超声方法进行反萃取可以快速完成前处理。初筛结果与上机测试结果一致。标准曲线质量浓度范围:1~5 mg/L,线性相关系数大于0.999,该方法回收率在90%~110%之间,方法检出限为0.077 mg/L,方法定量限为0.258 mg/L。结果表明,X射线荧光光谱仪与气相色谱-质谱联用法可用于EPS泡沫样品的检测中,并且效率得到提高。

便携式X射线荧光光谱仪在白矾快速检测中的应用

目的探索使用便携式X射线荧光光谱仪对白矾的真伪及控制元素的含量进行快速检测的方法,以提高抽检的靶向性。方法使用便携式X射线荧光光谱仪的矿石(铜锌)模式,选择主范围滤波片和低范围滤波片,对应工作时间设置为45 s和15 s,先对仪器进行校正,再用标准样品进行检测限、重复性和准确度的考察,最后手持仪器测定白矾样品的各元素含量,并与按药典检验的结果及使用自建的电感耦合等离子体质谱法测定的各元素含量进行比较。结果便携式X射线荧光光谱仪快检结果与按药典检验结果及自建电感耦合等离子体质谱法测得的结果具有一致性。结论便携式X射线荧光光谱仪可用于抽检现场对白矾样品进行快速检测,或固定实验室对白矾的真伪及控制元素含量进行快速筛查或辅助确证。

基于X射线荧光光谱仪测量高岭土化学成分的不确定度评定

确定了X射线荧光光谱仪测量不确定度的来源,建立了不确定度分析方法和流程。通过对由随机效应和系统效应的不完善导致被测量高岭土含量不确定度的分析评估,降低了检测风险以及保证了检测结果的有效性,同时也使检测质量得到较大提升。

基于X射线荧光光谱仪的金属元素含量测定及精确度评价

常规测试手段在对矿物进行金属化分析时,无法依据金属元素含量的工作曲线对金属元素含量中的异常值范围进行限定,导致测试结果精度不高。本文对X射线荧光光谱仪的金属元素含量测定及精确度评价进行了系统分析,对金属元素含量检测和X射线荧光光谱仪的应用原理、结构、分类、优缺点等进行了系统概述,接着,对XRF法测定金属元素含量的问题进行了探讨,提出了用X射线荧光光谱仪测定矿石中金属元素含量的方法。通过检测地质矿物样品,对矿物中的金属元素含量和精确度进行确定,以供相关人士参考。

微束X射线荧光光谱分析检验被染黑的纸币1例

1案例资料 某年5月20日,在广州市某五星级酒店房间内,K等4名外国籍犯罪嫌疑人通过向被害人吕某、黄某演示用化学药水将被染黑的纸币复原过程骗取二人信任,继而以购买被染黑的纸币和化学药水为名,诈骗两名被害人共65万美元。

手持式X射线荧光光谱仪在水泥窑协同处置危险废物中的应用分析

水泥窑协同处置危险废物技术由于其具有焚烧温度高,停留时间长、焚烧彻底、不产生二次污染物、二噁英排放浓度低等技术优点,近年来市场应用案例不断增加,华新、海螺、红狮等水泥企业在全国各地都有项目投产运行。水泥窑协同处置危险废物技术已成为除专业危险废物焚烧技术外的另一有效补充。国家相关监管部门先后出台了一系列技术规范,如《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》(HJ662-2013),《水泥窑协同处置固体废物污染控制标准》(GB30485-2013),《水泥窑协同处置危险废物经营许可证审查指南(试行)》等,对水泥窑协同处置危险废物的收运、检测、处置、排放、水泥质量等提出了规范性的要求。

基于微束X射线荧光光谱的新型铸&锻GH4096合金涡轮盘成分分布解析

铸&锻GH4096高温合金涡轮盘拥有高承温能力、高强度、低裂纹扩展速率、高抗疲劳性能等优异性能,是航空发动机的关键热端部件。但由于其合金化程度较高、零件尺寸大、制备工艺复杂等,不可避免会出现成分和组织分布不均匀,一定程度影响涡轮盘的服役性能。微区X射线荧光光谱(μ-XRF)具有微区分辨率高、分析速度快、多元素同步分析、非破坏性等优点,被广泛应用于考古、地质、生物等领域,但对大尺寸高温合金构件的成分分布的研究较少,对于材料各原始位置处的成分定量分布表征也未见报道。本试验通过选择合适的测量条件、优化仪器定量方法,建立了基于微束X射线荧光光谱的新型铸&锻GH4096合金涡轮盘成分分布定量分析方法,并引入了原位统计分析方法对涡轮盘中Cr, Co, Mo, W, Ti, Al, Nb和Ni八种主要元素进行了定量统计分布解析。发现涡轮盘厚度的中心区域内Co, Mo和Ti三种元素从轮毂至轮缘存在较明显的弧形负偏析带,而Ni和Cr两种元素存在弧形正偏析带。另外,涡轮盘径向也存在一定的成分梯度分布,Co, Cr和W三种元素含量从轮毂到轮缘的呈现逐渐降低的趋势,而Mo, Ti和Nb三种元素含量则呈现逐渐上升趋势。对各元素最大偏析度、统计偏析度、统计符合度计算分析后可知,Cr, Co, Mo, W, Ti, Nb和Ni七种元素测量区域内整体偏析程度较小、统计符合度大,在材料元素设计值允许范围内具有较好的成分均匀性。使用火花源金属原位分析仪(OPA-200)对相同测试区域的元素进行了线分布分析,其分析结果与微束荧光光谱得到的分析规律具有较好的一致性,说明大尺寸涡轮盘在热处理过程中存在温度场分布,导致了各元素扩散行为以及显微组织分布的差异,因此不同部位的成分也存在一定偏析。通过对大尺寸的涡轮盘成分进行定量统计分布解析,对于评价新型铸&锻变形GH4096高温合金涡轮盘的成分分布均匀性,解析制备工艺与大尺寸构件成分、组织结构分布的相关性具有重要意义。

基于微束X射线荧光光谱的粉末冶金高温合金成分定量分布分析及应用

粉末冶金高温合金中元素偏析以及粉末原始颗粒边界是影响材料性能的重要因素,由于其颗粒粒径通常为几十微米,宏观的成分分布分析方法无法实现粉末原始颗粒边界处成分分布的精细表征。微束X射线荧光光谱(μ-XRF)是近年来发展起来的无损微区成分分布分析技术,可实现材料较大范围内元素快速、高分辨分布分析,目前在地质、考古、生物等领域有了较多的应用,但在复杂块状金属成分定量分布表征方面还存在一定困难,在粉末冶金工业领域还未见有应用报道。该试验研究了高温合金中各元素的荧光光谱行为,通过类型匹配的高温合金块状标准样品对元素定量模型进行了校正,建立了基于μ-XR F的高温合金成分定量分布分析方法,满足了粉末冶金工业对于较大范围内粉末边界成分分布精细定量表征的需求。该实验以经高纯钴合金化处理的放电等离子体烧结(SPS)粉末高温合金样品为研究对象,对经不同球磨时间混合处理后的粉末烧结样品中的Ni,Co,Cr,Mo,W,Ta,Ti和Al进行了定量统计分布分析,探讨了不同球磨时间对烧结样品成分分布的影响规律;发现样品中存在大量原始颗粒边界,且成分分布较不均匀,颗粒中心处仍然为原始高温合金颗粒成分,经球磨混合加入的纯Co粉颗粒仅存在于高温合金颗粒的外层,导致颗粒边缘Co含量明显高于颗粒中心。当球磨时间较短时,原始颗粒边界处存在很多Co富集区,当球磨时间增加到24 h时,由于在机械混粉过程中超细钴粉与高温合金的合金化,使烧结样品成分分布均匀性有了较大改善,原始颗粒边界处Co的含量显著下降,而其他元素的含量有所增加,说明球磨时间的延长,样品中各元素发生了明显的扩散,这将有助于元素偏析的改善,据此,该粉末冶金高温合金的制备工艺将得以改进。该法亦可应用于其他各种粉末冶金工业产品的成分定量分布表征,可为粉末冶金工艺优化、产品质量的改进提供数据支撑。