DM2500

MMEDXRF轻中元素光谱仪

（标准型）（水泥行业专用）


多单色激发实现高峰背比，使能测元素（B～Zn），

其准确度媲美大型波长色散光谱仪


标准型针对水泥行业设计。

亦或经微改后用于各行各业


采用

多单色激发能量色散X射线荧光(MMEDXRF)分析技术

对数螺线型双曲面弯晶(LSDCC)实现衍射并作为二次靶

高计数率、高分辨率、高透过率(AP3.3窗)SDD探测器

电压、电流、靶材完美组合的微焦斑薄铍窗X射线管源


符合标准

GB/T176

JB/T11145

JC/T1085


概述

DM2500MMEDXRF轻中元素光谱仪，详称DM2500多单色激发能量色散X射线荧光轻中元素（B～Zn）光谱仪，是本公司集数十年X荧光光谱仪的研究经验，在公司原有的DM系列X荧光硫钙铁分析仪、X荧光多元素分析仪、X荧光光谱仪等的基础上研制推出的一种具创新性的XRF光谱仪。它采用多单色激发能量色散X射线荧光(MMEDXRF) ( Multiple Monochromatic Excitation Energy Dispersive X-Ray Fluorescence)分析技术。主要部件，如：单色晶体采用本公司研制的具有本公司专利的对数螺线旋转点对点聚焦锗单色晶体，X射线管采用KeyWay公司生产的50W微焦点大辐射角薄铍窗X射线管，并对其高压、电流、靶材进行最佳组合， X射线探测器采用德国Ketek公司生产的具有高计数率、高能量分辨率、高透过率的常温用SDD半导体X射线探测器。并且采用具有本公司自主知识产权的轻元素专用的光学系统及多种方法组合使用的多个单色激发系统等独有的技术，极大地提高了仪器的灵敏度和峰背比。它还采用X射线向下照射系统，样品自旋装置，特别适合粉末压片样品，且可根据应用选择真空系统或自充气系统。由此使本光谱仪达到国际领先水平。在与大型波长色散光谱仪的比较试验中，其大部分性能指标接近或达到大型波长色散光谱仪的性能指标，某些甚至超过。其性能指标相比进口同类产品更好，而价格仅为进口同类产品的一半，具有无可比拟的价格性能比。另外国内企业售后服务的方便程度是国外企业所无法相比的。且本光谱仪良好的屏蔽防护设计保证无任何射线泄漏，满足辐射豁免要求。


适用范围

DM2500MEDXRF轻中元素光谱仪的标准型是针对水泥行业专门设计制造的，可用于水泥生料、熟料、原料等的含量测量。其符合国家标准GB/T 176—2017《水泥化学分析方法》的相关要求，符合行业标准JC/T1085—2008《水泥用X射线荧光分析仪》，符合行业标准JB/T11145—2011《X射线荧光光谱仪》。

DM2500MEDXRF轻中元素光谱仪除用于水泥行业外，还能用于其他各行各业所有物料的含量测量。其标准型虽然是针对水泥行业专门设计制造的，但只要用户所要求的测量元素在B(5)～Zn(30)的范围内，则大部分情况可直接使用标准型进行测量。如贵用户对某些元素的测量有特殊的要求，则本公司可根据用户的要求更改单色激发系统和或软件系统以满足用户对测量元素的要求。


特点


快速同时–所需测量元素同时快速分析，一般几十秒给出含量结果。

高准确度–采用先进MMEDXRF技术，LSDCC核心技术，根据所要测量的元素来选择单色光的能量及产生单色光的方法，极大地提高了仪器的灵敏度和峰背比，具出色的重复性和再现性，极高的准确度。

向下照射–采用X射线向下照射系统，杜绝了样品粉末污染损坏探测系统的可能，特别适合水泥生熟料等粉末样品。

样品自旋–具有样品自旋装置，消除了压片样品中由于特硬物质的存在而不易粉碎造成的样品不均匀性。

长期稳定–采用可变增益数字多道，有PHA自动调整、漂移校正、偏差修正等功能，具极好的长期稳定性。

环保节能–射线防护达豁免要求。分析时不接触不破坏样品，无污染，无需化学试剂，也不需要燃烧。

使用方便–触摸屏操作。样品粉碎压片放入仪器后只需按[启动]键即可，真正实现一键操作。

高可靠性–一体化设计，集成化程度高，环境适应能力强，抗干扰能力强，可靠性高。

高性价比–无需钢瓶气体，运行维护成本极低。价格为国外同类产品的一半。是真正的高性价比产品。



尖端技术


多单色激发能量色散X射线荧光(MMEDXRF)分析技术

传统XRF，特别是EDXRF，无法实现超轻元素准确测量的一个主要原因是X射线光管出射谱中连续轫致辐射的散射使得X射线荧光光谱的连续散射背景较高，而原子序数越低的元素荧光产额越低，较低的荧光射线强度将淹没在较高的背景之中。

单色激发能量色散X射线荧光(Monochromatic Excitation Beam Energy Dispersive X-Ray Fluorescence)分析技术，就是采用光学器件将X射线光管出射谱单色化，进而使得荧光光谱的连续散射背景极大地降低，同时尽可能少的降低甚至于可能的话增加所需激发X射线的单色化的线或窄能量带的强度，从而大大提高所测元素X射线荧光光谱的峰背比，实现超轻元素的准确测量。其原理图如图1。


图1.MEDXRF分析技术原理图

激发样品的X射线能量越远离所需分析元素的吸收限，其激发效率就越低。这就使得单色激发的光谱仪有一个局限，就是某一个单色能量的激发源只能测定一定原子序数范围内的元素。由于DM2500要求轻中元素都可测量，所以用只有一个单色能量的激发源将使轻元素的激发效率很低从而无法准确测量轻元素，为此2500采用2个单色能量的激发源，分别激发轻元素（Cl以下）和中元素（K-Zn）。故称多单色激发。


用于轻元素测量的高衍射效率点对点聚焦的对数螺线旋转双曲面晶体 (LSDCC)

将X射线光管出射谱单色化的方法很多，有滤波片法，二次靶法和衍射法等。衍射必须满足Bragg定律：nλ=2dsinθ，所以其具有极好的单色性。而衍射法中的双曲面衍射晶体DCC（Doubly CurvedCrystals）又由于能将点源聚焦，所以有大的收集立体角，从而有极高的效率。另外，聚焦还能使照射到样品的光斑很小，从而使小面积的半导体探测器Si-PIN或SDD可以接受大部分样品较小面中的荧光射线，也就是说DCC还提高了探测效率。由于对数螺线LS（Logarithmic Spiral）DCC有制作方便，可制作较大面积等优点。所以DM2500采用的对数螺线旋转双曲面晶体LSDCC。其点对点聚焦原理图如图2。


图2. LSDCC点对点聚焦原理图


图3.蓝线为X射线管的出射谱，红色为经锗LSDCC单色化的X射线入射谱

由于轻元素荧光产额很低，所以DM2500用以LSDCC实现单色化的高效率单色激发射线来激发轻元素。


用于中元素测量的锗二次靶

由于中元素荧光产额较高，对激发射线的强度要求不高，所以我们采用了二次靶的方法来实现中能量的单色化。巧的是，能实现轻元素单色化的LSDCC其可选择的晶体材料中有一种是锗晶体，锗的X射线荧光能激发Zn以下所有元素，所以DM2500用锗晶体作为LSDCC的材料同时兼作为二次靶。也就是说DM2500巧妙地用一个光学器件实现了二种方法产生的2个单色能量的激发源。

激发源的能谱图如图3。

图4为实际测得的水泥生料样品的XRF光谱图。


图4.水泥生料样品的XRF光谱图


高分辨率(123eV)高计数率(2 Mcps) 高透过率(AP3.3窗)的SDD探测器

X射线探测器的种类有很多，其中硅漂移探测器SDD是最好的，其分辨率一般小于140eV，是波长色散的5倍左右。而单色激发能将背景下降一个数量级，所以理论上讲如果没有谱线重叠干扰，则单色激发能量色散的峰背比好于一般的波长色散的。

DM2500采用德国KETEK公司生产的VITUS H20LE SDD探测器，其分辨率小于129eV，有效探测面积20mm2，计数率2 Mcps，窗为AP3.3 polymer，最低可测量B Kα（185 eV）。


图5. 硅漂移探测器SDD


合理kV、mA、靶材组合的微焦斑大辐射角薄铍窗X射线管

为准确测量轻元素，LSDCC仅衍射X射线管出射谱中的高强度特征X射线，其有靶材发出，合理的选用靶材能得到最高的激发效率。DM2500标准型由于所测轻元素为Cl以下的元素，所以选择Ag作为靶材。

选定靶材后，在X射线光管最大功率一定的情况下，如50W，合理的光管高压（kV）和电流（mA）组合能达到最大的激发效率。由于采用点对点的聚焦，所以必须采用微焦斑的、大辐射角的X光管。由于靶材的特征X射线能量很低，所以必须用薄铍窗X射线管。


图6. 微焦斑大辐射角薄铍窗X射线管


校准

X荧光分析方法是一种参考方法，校准是为得到定量的结果所必须的。XRF光谱仪通过比较已知标样与未知样的光谱强度来得到定量分析的结果。其某元素的含量计算式（即校准曲线）为：

C＝D＋EIC＋FIC 2                                                          （1）

式中，IC =f(I0)，I0为原始强度（即原始道计数率），IC为处理后强度（或修正后强度），D、E、F是由校准确定的系数。校准的方法是：用光谱仪测量一系列校准标准样品或有证标准样品的每种元素强度，利用回归分析，例如最小二乘法，确定（1）的系数。

用已知含量的11个水泥生料国家标准样品对光谱仪进行校准，得到的数据如表1。

表1. 水泥生料国家标准样品校准结果数据

成分

系数D

系数E

系数F

相关系数γ

Na2O

-0.2863

0.004597

0

0.9863

MgO

-0.3367

0.0019030

0

0.9937

Al2O3

-0.4244

0.0010007

0

0.9983

SiO2

-3.0672

0.00064984

0

0.9985

SO3

0.0093

0.00011017

0

0.9886

Cl-

-0.0076

0.000029487

0

0.9690

K2O

-0.3218

0.0032338

0

0.9988

CaO

11.9195

0.0022918

0

0.9931

TiO2

0.0015

0.0013559

0

0.9903

Fe2O3

-1.3648

0.0035440

0

0.9984

这些校准曲线的相关系数γ大部分都大于0.99，最小也有0.9690，表示DM2500光谱仪的线性误差极小。


重复性

对水泥生料国家标准样品中的XS1标样，进行11次测量，得到各元素的重复性数据如表2。

表2. 生料标准样品重复性测量数据分析（%）

XS11标样

Na2O

MgO

Al2O3

SiO2

SO3

Cl-

K2O

CaO

TiO2

Fe2O3

标准值

0.46

2.74

4.16

16.71

0.70

0.03

0.75

37.61

0.26

3.16

平均示值

0.45

2.67

4.18

16.86

0.69

0.03

0.75

37.75

0.26

3.17

最大示值

0.46

2.68

4.19

16.90

0.69

0.03

0.76

37.82

0.26

3.19

最小示值

0.44

2.66

4.16

16.80

0.69

0.03

0.75

37.69

0.26

3.15

极差

0.02

0.02

0.03

0.10

0

0

0.01

0.13

0

0.04

示值标准偏差

0.006

0.0054

0.0094

0.032

0.001

0.001

0.003

0.035

0.001

0.013

3倍示值标准偏差

0.018

0.0162

0.0282

0.096

0.003

0.003

0.009

0.105

0.003

0.039

GB/T176的重复性限

0.05

0.15

0.20

0.20

0.15

0.005

0.10

0.25

0.05

0.15

DM2500与国标的符合性

远优

远优

远优

远优

远优

远优

远优

远优

远优

远优

注：粉末压片样品。在X射线源为半功率（25W），测量时间为180s的条件下，连续进行11次测量所得的结果。

按国家标准GB/T 176—2017《水泥化学分析方法》的重复性要求，光谱仪的重复性必须满足：其示值标准偏差的3倍不大于GB/T176的重复性限，从表2可知，用DM2500光谱仪可以实现所有元素远优于国家标准GB/T 176—2017所要求的重复性。


主要技术指标


测量元素

可选择B(5)～Zn(30)中的任意元素

X射线管

电压：≤50keV，电流：≤2mA，功率≤50W，靶材：Ag（Mo、Rh、Pd、Cr等可选）

探测器

SDD，有效面积：20mm2，分辨率：≥123eV，计数率：≤2Mcps，入射窗：AP3.3

测量范围

0.01%～99.99%。

测量宽度

Na2Omax—Na2Omin≤5%，MgOmax—MgOmin≤5%，Al2O3max—Al2O3min≤5%，

SiO2 max—SiO2 min≤10%，SO3 max—SO3 min≤5%，Clmax—Clmin≤5%，K2Omax—K2Omin≤5%，

CaOmax—CaOmin≤10%，TiO2 max—TiO2 min≤5%， Fe2O3 max—Fe2O3 min ≤5%

线性误差

Na2O：≤0.03%，MgO：≤0.10%，Al2O3：≤0.14%，SiO2：≤0.14%，Cl-：≤0. 003%，

SO3：≤0.10%，K2O：≤0.05%，CaO：≤0.18%，TiO2：≤0.03%，Fe2O3：≤0.10%

测量精度

S Na2O≤0.01%，SMgO≤0.01%， S Al2O3≤0.02%，SSiO2≤0.05%，S SO3≤0.01%，

S Cl≤0.001%，S K2O≤0.003%，SCaO≤0.04%，STi2O≤0.001%，S Fe2O3≤0.02%。

系统测量时间

1～999s，推荐值为180s

测量氛围

自充气系统或氦气

使用条件

环境温度：5～40℃，相对湿度：≤85%(30℃)，供电电源：220V±20V，50Hz，≤200W

尺寸及重量

540mm×500mm×450mm，35kg

注：测量技术指标针对水泥生料为对象给出。