关于X荧光光谱仪（XRF） 测试环保RoHS2.0检测分析仪器

--筛选方法若干问题

v 环保RoHS2.0检测仪（X荧光光谱仪）原理及应用优势：

根据受激发的样品中的每一种元素会放射出二次X射线，并且不同的元素所放射出的二次X射线具有特定的能量特性或波长特性；探测系统测量这些放射出来的二次X射线的能量及数量；并通过仪器软件可以将探测系统所收集到的信息转换成样品中各种元素的种类及含量。

因此,只要测出荧光X射线的波长或者能量,就可以知道元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的基础；此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，可以进行元素定量分析。

近年来，X荧光光谱分析在各行业应用范围不断拓展，已成为一种广泛应用于冶金、地质、有色、建材、商检、环保、卫生等各个领域，特别是在RoHS2.0环保指令检测领域应用得最多也最为广泛。然而，大多数分析元素均可用其进行分析，如固体、粉末、熔珠、液体等样品，分析范围为Na到U；并且具有分析速度快、测量范围宽、干扰小的特点。

a) 分析速度快。测定用时与测定精密度有关，但一般都很短，10~300秒就可以测完样品中的全部待测元素。

b) X射线荧光光谱跟样品的化学结合状态无关，而且跟固体、粉末、液体及晶质、非晶质等物质的状态也基本上没有关系。(气体密封在容器内也可分析)但是在高分辨率的精密测定中却可看到有波长变化等现象。特别是在超软X射线范围内，这种效应更为显著。波长变化用于化学位的测定 。

c) 非破坏分析。在测定中不会引起化学状态的改变，也不会出现试样飞散现象。同一试样可反复多次测量，结果重现性好。

d) X射线荧光分析是一种物理分析方法，所以对在化学性质上属同一族的元素也能进行分析。

e) 分析精密度高。目前含量测定已经达到ppm级别。

f) 制样简单，固体、粉末、液体样品等都可以进行分析。

v 方法的范围、应用及概述的若干问题（以电子电气RoHS2.0检测仪器使用为例）

这个方法用来对电子电气产品基本材料中铅、镉、汞、铬、溴的筛选分析，一般来说 XRF 的测试结果是上述元素的总含量，而不能分辨元素的不同价态及不同化合物形态。因此六价铬、多溴联苯和多溴二苯醚的实际含量需要用详细化学分析方法来进行确认。XRF 是一种通过比较来进行定量的仪器，因此它的表现依赖于校准方法（校准曲线）的质量，即依赖于选择的校准物质和选择的仪器响应模式。XRF 分析易受基体干扰（吸收和加强）和光谱干扰。并不是所有类型的 XRF 都能够适用于各种大小及形状的样品。

有一种通用的校准方法，即基本参数校准法（FP）。FP 法是指用纯的元素、纯的化合物或极少数的具有一定基体组成的校准物质来进行校准的方法。对于所有的 XRF 校准方法，如果校准物质的组成越接近样品，测试的准确度就越高。有一种经验校准方法，即使用校准物质，并通过运算方法来校正基体及光谱产生的干扰（校正系数）。但是这种方法要求校准物质的元素组成和样品一致。如果校准物质中缺少某一可能产生干扰的元素，而样品中又含有该元素，测试结果可能导致很大的偏差。由于现有的校准物质数量有限，因此在一个方法中既解决所有可能的基体干扰和光谱干扰，又保持最佳的准确度，是一件非常复杂或者可以说是不可能的任务。

对于有涂层的材料和多个涂层结构的材料，事先不知道涂层的结构是很难获得准确结果的，因为校准模式的选择主要依赖于样品中涂层的结构。对于一种涂层或涂层较薄的情况，必须谨慎处理以保证 XRF 具有足够的灵敏度可以检测出涂层中含量很低的物质。

XRF 筛选分析有以下两种方式：非破坏性——对获得的样品直接进行分析； 破坏性——在分析前运用机械的或化学的方法进行样品前处理。

这个测试方法的目的是对不同材料中是否存在限用物质进行筛选。这个方法提供的是一种通常被称为半定量的测试手段，那就是说，结果的相对不确定度一般在 30％或更好，此时的置信度为 68％。根据用户自己的需要，一些用户还可以接受更高的不确定度，通过这种半定量的测试可以令用户筛选出需要进行详细分析的材料。这种测试的主要目的是为风险管理提供信息。

取样：对于非破坏方式：操作者应该将样品放在仪器合适的位置上，即要保证待测   试部分位置准确，又要保证其它非测试部分不会被检测。操作者必须保证待测试部分和仪器之间距离和几何位置的可重现性。操作者必须考虑待测试部分尽可能具有规则外形，如面积、表面粗糙度、已知的物理结构等。如果需要从大的物体中获得待测试部分，操作者需要将取样步骤以文字形式记录下来。

对于破坏方式：操作者需将整个取样的方法和过程以文字形式记录下来，因为这样做对后续正确的解释测试结果很重要。如果要将待测试部分制成粉末，要保证测试点的粒径大小可知或可控；为了防止颗粒有不同的化学、形态或矿物组成，粒径必须尽可能的小以降低差量吸收效应。如果要将材料溶解到液体基体中，要记录被溶解材料的质量和物理特征；最终溶液要完全均匀，对不溶部分是如何处理的必须说明，以保证合理的解释最终测试结果；还要说明如何可重现的将待测试溶液引入仪器进行测试，例如使用一个容积和结构一定的液体池。如果要将材料和固体基体混合，要记录该材料的质量和物理特征；最终固体（熔融状态或压紧的小球）必须均匀一致；对不能混合的部分是如何处理的必须说明，以保证合理的解释最终测试结果。

测试过程：测试过程包括仪器的准备、待测试样品的制备上机以及进行校准，必须有相应的操作说明。还要注意所使用仪器的局限性，例如有些型号的仪器对面积非常小或厚度较薄的样品不能检测或是不能准确定量，对这种情况就要求操作者小心处理并要详细记录，以保证合理的解释最终测试结果。测试前需要对仪器进行优化，仪器性能的确认：每种分析物的灵敏度、光谱分辨率、检出限、适用的面积大小、样品制备及测试的可重现性、校准方法的准确性。灵敏度是区别不同仪器的性能和确保采用的校准是否有意义的重要指标；光谱分辨率是确保数据收集和校准时被分析物和干扰谱线能被正确的区分并处理的重要指标；检出限即为三倍空白重复测试的标准偏差（不少于 7 次测量，置信区间为 95％）；适用的面积大小决定了实际的待测试部分是什么；样品制备及测试的可重现性是证明测试方法可控的一个重要参数。

基体效应和谱线干扰：由于电子电气产品的多样性和材料、元器件的复杂性，X 射线荧光光谱法快速筛选电子电气产品中限制使用物质铅、汞、铬、镉和溴不可避免地收到材料中各种基体的影响和材料中包括分析元素在内的其它多种元素谱线重叠的光谱干扰。分析元素特征谱线的干扰主要来自谱线的吸收效应和增强效应。

各种材料基体的影响：分析元素特征谱线的基体影响主要来自谱线的吸收效应和增强效应。

聚合物材料：分析元素特征谱线受有机高分子基体产生谱线背景的严重影响；PVC 材料中的 Cl 元素，添加剂中的 Ca、Ti、Sn 等元素，阻燃剂中的 Br 和 Sb 等元素对分析元素特征谱线的荧光强度有吸收效应；样品中的 Sb、Sn 和 Br 等元素对分析元素特征谱线的荧光强度也有二次增强效应；对于大功率（>500W）的波长色散的 X   射线荧光光谱仪（WDXRF），聚合物材料的样品表面可能因长时间使用高功率的 X 射线光源照射而使表面变黑，影响测试结果的准确性，建议每次测定时使用新制备的测试样品

金属材料：不同的金属基体对分析元素特征谱线产生不同的吸收效应和二次激发效应，如：

铁合金：Fe、Cr、Ni、Nb、Mo、W 等； 铝合金：Al、Mg、Si、Cu、Zn 等；

铜合金：Cu、Zn、Sn、Pb、Mn、NiCo 等；

铅锡合金：Pb、Cu、Zn、Sn、Sb、Bi、Ag 等； 锌合金：Zn、Al 等；

贵金属合金：Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Cu、Zn 等； 其它金属基体：Ti、Mg 等。

电子元器件和印刷线路板材料可参照金属材料和聚合物材料的影响因素。

重叠谱线的光谱干扰：分析元素特征谱线存在相互间谱线重叠干扰，以及来自样品中其它元素的谱线重叠干扰。

Cd 的干扰元素可能有 Br、Pb、Sn、Ag 和 Sb； Pb 的干扰元素可能有 Br、As、Bi；

Hg 的干扰元素可能有 Br、Pb、Bi、Au、高含量的 Ca 和 Fe； Cr 的干扰元素可能有 Cl；

Br 的干扰元素可能有 Fe 和 Pb。

基体效应对分析元素检出限的影响：以聚合物材料中待分析元素 Pb 和 Cd 为例：若纯聚合物材料中 Cd 的检出限为 A，由于受基体效应的影响，当聚合物材料中含有³2%的 Sb，但不含 Br 时， 此时 Cd 的检出限为 A~2A 之间；当聚合物材料中含有³2%的 Br，但不含 Sb 时， 此时 Cd 的检出限为³2A。若纯聚合物材料中 Pb 的检出限为 B，由于受基体效应的影响，当聚合物材料中含有³2%的 Sb，但不含 Br 时，此时 Pb 的检出限为~2B； 当聚合物材料中含有³2%的 Br，但不含 Sb 时，此时 Cd 的检出限为³3B。

结果的解释

根据欧盟 RoHS 2.0检测仪指令要求，电子电气产品中限用物质铅、汞、铬、镉和溴的限量要求是，铅，汞，六价铬，多溴二苯醚（PBDE）或多溴联苯（PBB）小于等于 1000mg/kg，镉小于等于 100mg/kg。XRF 适用于电子电气产品中限用物质铅、汞、铬、镉和溴的快速筛选，即半定量分析，这样分析方式对测试结果的要求是在 68%的置信度条件下允许结果误差为 30%，对基体复杂的样品（如小的电子元器件等）其误差范围要求更宽，可以达到 50%。根据上述原则，对 XRF 快速筛选的结果解释如下

如果所有元素的测试结果都低于表中列出的最低限，该测试样品报告合格通过（P）。

如果元素（Cd，Pb，Hg）中任一元素的测试结果都高于表中列出的最高限，该测试样品报告不合格（F）。

如果元素（Cd，Pb，Hg）中任一元素的测试结果都处于表中给出的范围及属边界值，或者元素（Cr，Br）中任一元素的测试结果都高于表中列出的最低限， 该测试样品报告一个或多个元素需要进一步采取其它方法验证确认（V），根据确认的测试结果再给出相关的符合性评价。

如果部分元素在电子电气设备中的使用被 RoHS 指令豁免，而 X 射线光谱快速筛选中测试结果为不合格，需在测试样品报告中注明该元素被豁免（E）。

6．附录——相关测试数据

检出限