国家标准 GB/T31364一2015 能量色散X射线荧光光谱仪主要性能测试方法 Iestmethodsformainperformaneeof enmergydispersiveX-rayfluorescencespeetrometer 2015-02-04发布 2015-09-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31364一2015 目次前言引言范围规范性引用文件术语和定义基本要求性能测试方法附录A(资料性附录)常用靶材元素及其K系特征X射线能量附录B资料性附录常见元素及其K系特征X射线能量参考文献
GB/T31364一2015 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会(SAC/TC30)提出本标准由核工业标准化研究所归口本标准起草单位:四川材料与工艺研究所、江苏天瑞仪器股份有限公司成都理工大学,核工业标准化研究所、工程物理研究院、江西纳优科技有限公司本标准主要起草人:杨明太、姚栋方方、吴伦强、肖晨、杨萍、周建斌、杨锁龙、杨李锋 m
GB/I31364一2015 引言能量色散X射线荧光光谱仪是以较高能量的射线束或粒子流激发试样中元素的特征X射线,用能量探测器直接测量受激元素的特征X射线的能量和强度,实现定性定量分析的仪器它主要用于冶金,地质、矿物、石油化工生物医疗,商检、刑侦,考古等行业和领域能量色散X射线荧光光谱仪的基本构成如下高压发生器(高压电源); X射线管或激发源; X射线能量探测器; 脉冲放大器; 多道脉冲分析器、数据处理和输出设备制定本标准的目的在于规范能量色散X射线荧光光谱仪主要性能测试方法,促进产业的进步和发展为产品的合同订立和产品交易提供技术支持,保障供货方和使用方的权益有利于测量结果及其表述的统一,具有可比性
GB/T31364一2015 能量色散X射线荧光光谱仪主要性能测试方法范围本标准规定了能量色散X射线荧光光谱仪的能量非线性、峰背比、,最大线性计数率、能量分辨力、重复性、不稳定性和检出限的测试方法本标准适用于管激发能量色散X射线荧光光谱仪主要性能的测试,其他能量色散型X射线荧光光谱仪亦可参照使用规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件件 GB/T4960.6-2008核科学技术术语第6部分;核仪器仪表术语和定义 GB/T4960.6-2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 x射线荧光光谱仪X-raytuorescencespectrometer 以较高能量的射线束或粒子流激发试样中元素的特征x射线,将各元素特征谱线分辨并对其强度进行测量,实现定性,定量分析的仪器 3.2 能量色散x射线荧光光谱仪enerydlispersivex-raytuoresceneespeetrometer 用能量探测器直接分辨试样中元素的特征谱线的X射线荧光光谱仪 3.3 背景background 特征X射线能峰以外的谱响应 3.4 死时间deadtime 多道分析器接受单个输人信号后不能再接受其他输人信号的时间间隔 [GB/T4833.1一2007,定义3.32 3.5 总死时间totalleadtime 在测量时间内,死时间的总和 [GB/T4833.1一2007,定义3.33] 3.6 实时间 realtime 多道分析器获取脉冲幅度分布数据所消逝的实际测量时间
GB/T31364一2015 [GB/T4833.1一2007,定义3.35] 百分死(忙)时间pereentdead(busy)time 总死时间与实时间的比值,用百分数表示 [GB/T4833.1一2007,定义3.36 3.8 峰位peakpositionm 在脉冲幅度谱中一个峰(谐线)的矩心处的能量或等效量 GB/T116852003,定义3.18 3.9 能量非线性energnonm -lhinearity -定能量范围内,实测能量相对于标称能量的偏离程度,用百分数(%)表示在 3.10 峰背比peak-o-backgroundratio 在单元素试样特征X射线能谱上,特征峰计数与其背景计数之比 3.11 limearily 最大线性计数率 maXimum c0untrate 保持计数率线性的最大计数率,用计数每秒(s-')表示 3.12 半高宽fullwidthathalfmaximum;FwHM 在单峰构成的分布曲线上,峰值一半处曲线上两点的横坐标间的距离 [GB/T4960.62008,定义3.2.271 3.13 峰面积peakarea 能谱峰构成的分布区间内的总计数注;本标准的峰面积规定为以峰位道为中心两边各取一个半高宽的区间内的总计数 3.14 能量分辨力 resolution energy 谱仪区分相近能量的能力,用特定元素特征能峰的半高宽(FwHM)表示注:FWHM与峰位道之比为能量分辨率R 3.15 重复性repeatability 在同样的测量条件下,对同一被测物理量连续测量结果的一致程度,用相对标准偏差(RSD)表示 [GB/T4960.6一2008,定义3.4.38] 3.16 不稳定性instability 在相同测量条件下,对同一测量对象进行多次测量,其测量结果随时间的变化程度 3.17 检出限limitofdeteetion;L.oD 在一定的置信水平内,可以从样品中检测待测元素的最小浓度或最小量,以微克每克(4g/g)表示基本要求 4.1环境条件 4.1.1环境温度:5C30C,室外或移动式谱仪按其实际工作的温度
GB/T31364一2015 4.1.2相对湿度:不大于85%,室外或移动式谱仪按其实际工作的相对湿度 4.1.3电源电压:交流电压220V士22V,室外或移动式谱仪按随机自备电源的电压 4.1.4电源频率:50Hz士1Hz,室外或移动式谱仪按随机自备电源的频率 4.2测试要求 4.2.1对于需要致冷的探测器,应按仪器使用要求提前致冷 X射线管工作电压一般不低于30kV,常用靶材元素及其K系特征x射线能量参见附录A 4.2.2 4.2.3测试时,百分死时间应控制在一定范围,例如小于10%. 4.2.4测试能峰面积一般不小于1.0×10计数 4.3测试样品 43.1多元素混合片称取三氧化二铝(ANLo..化学纯)粉末2g,氧化钙(cao,化学纯)粉末1g,二氧 ,化学纯)粉末0.5K、氧化铜(cuo,化学纯)粉末0.5g,三氧化二冠(Y.o,化学纯)粉术化孟(Mn(O. 0.5g和氧化银(Ag.O,化学纯)粉末0.5g,混匀,棚酸衬底,压制成p20mmp40mm的圆片 4.3.2二氧化片;称取二氧化(MnO.,化学纯)粉末5g,棚酸衬底,压制成p20mmp40mm的圆片 4.3.3铜片;金属铜(Cu),直径p20mm一更40mm,厚度2mm3mm,铜含量不低于99.8% 性能测试方法 5.1能量非线性 5.1.1置多元素混合片于样品分析室,按4.2的测试要求测量多元素混合片特征谱 5.1.2读取AIK.、CaK.,MnK.、YK 和AgK 峰位对应道址 5.1.3用最小二乘法对AIK..Cak.,MnkK..YK 和AgK 能量(参见附录A和附录B)与相应能峰道址进行线性拟合获得能量-道址线性关系式(1): E=aX十b 式中: 拟合的特征略能量值,单位为千电子伏特(kew 拟合系数,单位为千电子伏特每道(kev/eb) -峰位对应道址,单位为道(ch); X -线性拟合截距,单位为千电子伏特(keV) 5.1.4用式(2)求解CuK 的能量非线性(D,),即实测能量E，与其拟合能量E的最大相对偏差 E一E oes D .(2 ×100% E E maX 式中能量非线性偏差,%; D E 实测能量值,单位为千电子伏特(keV); 测量点序号,等于1.2.3 E 式(1)中对应实测点的拟合能量值,单位为千电子伏特(keV); -能量的最大值,单位为千电子伏特(keV) E 5.2峰背比 5.2.1置二氧化孟片于样品分析室,按4.2测试要求测量二氧化锰片特征谱,重复测量3次
GB/T31364一2015 5.2.2按5.4测量二氧化片MnkK 特征谱的半高宽FwHM 5.2.3按3.13测量二氧化锰片MnK 的峰面积,测量3次求其平均值N， 5.2.4累计5keV一FwHM至5keV十FWHM区间内的总计数,取3次测量的平均值为背景面积N 5.2.5按式(3)求得峰背比(K): N K= 3 N 式中: K 峰背比 N -MnK 峰平均峰面积,单位为计数; N， -Mnk 背景平均总计数,单位为计数 5.3最大线性计数率 5.3.1置铜片于样品分析室,无滤光片,设定X射线管工作电压为30kV,分别测量CuK 能峰在不同 X射线管电流时的计数率,测得如图1的直线注:对其他样品,X射线管宜加不同的工作电压 5.3.2继续增加x射线管的电流,直到计数率偏离直线一个规定数Y.(例如2%),此时的计数率Y，即为对应Y 的最大线性计数率(见图1). y=u十h 最大线性计数率管流/A 图1x射线管计数率-电流的关系示意图 5.4能量分辨力 5.4.1置二氧化锰片于样品分析室,按4.2测试要求测量二氧化孟片特征谐 5.4.2读取MnK 峰的前半峰高能量E 和后半峰高能量E 5.4.3用式(4)获得谱仪对MnK 峰的能量分辨力(FwHM): FwHIM=E，一E 式中: 能峰半高宽.单位为电子伏特(eV); FwHM E -Mnk 线的前半峰高能量,单位为电子伏特(eV); E -MnK 线的后半峰高能量,单位为电子伏特(eV). 5.4.4重复上述测量3次,获得谱仪对MnK 峰的平均能量分辨力对于非半导体探渊器,亦可用式(6)求解能量分辨率(R) 5.4.5 FWHM 5 ×100% R np
GB/T31364一2015 式中: R 能量分辨率,%; FWHIM -能峰半高宽,单位为电子伏特(eV); 被测峰能量,单位为电子伏特(eV) 1 5.5重复性 5.5.1置铜片于样品分析室,按4.2测试要求测量金属铜片特征谱 5.5.2重复测量不少于10次,分别求解Cuk 峰面积 5.5.3由式(6)计算测量CuK 峰面积的相对标准偏差(RSD),即重复性 RsD 6 ×100% (N，一N3 式中: 相对标准偏差,%; RSD 次测量的标准偏差,单位为计数; - N 次测量的平均峰面积,单位为计数; 少 -测量次数; 第i次测量的峰面积,单位为计数 N 5.6不稳定性 5.6.1置铜片于样品分析室,按4.2测试要求测量金属铜片特征谱 5.6.2谱仪连续不间断工作,每30min测量1次Cuk 峰强度,重复次数不少于20次 5.6.3从全部测量结果中获得Cuk 最大峰强度1m和最小峰强度1mm及其平均峰强度1 5.6.4由式(8)计算出相对极差(RR) Ias L， RR一 "×100% 8 式中: RR 相对极差,% 实测cuK 最大峰强度,单位为计数每秒(1) 实测CuK 最小峰强度,单位为计数每秒(s-'); Iminm CuK 平均峰强度,单位为计数每秒(、l) 检出限 5.7 5.7.1置满足实际需求(含待测元素)的标准样品于样品分析室,重复测量标准样品特征谐3次 5.7.2分别读取待测元素特征峰强度I,求其平均值I 5.7.3置不含待测元素(与5,7.1同一系列)的标准样品于样品分析室,在5.7.1同一工作条件下重复测量特征谱3次 5.7.4分别读取待测元素特征峰位的背景强度,求出3次测量值的平均值In 5.7.5由式(9)计算检出限(LOD): 3厅， LoD一 9 mn
GB/I31364一2015 I，一 (10) 77一 o 式中: LOD 检出限,单位为微克每克(4g/g); 分析元素的灵敏度; m -测试时间,单位为秒(s); 了 -标准样品中待测元素谱峰强度,单位为计数每秒(s'); 1 -不含待测元素标准样品的待测元素特征峰位背景强度,单位为计数每秒(s'); -待测元素在标准样品中已知的浓度,单位为微克每克(4g/g). o
GB/T31364一2015 附录A 资料性附录常用靶材元素及其K系特征x射线能量表A.1给出了X射线管常用靶材元素及其K系特征X射线能量表A.1常用靶材元素及其K系特征×射线能量单位为千电子伏特(keV 元素 K K a Ka K K K用 K K K 4.40510 4.50580 4.51220 4.93340 4.96400 T 4.966 0.040350.231 100) 20.684) 0.104 5.29300 5.405205.41490 5.94680 5.98700 C 5,.989 0.0439 50,456 100) (21.088 0.l13) 7.32440 7.46300 7.48030 8.,26500 8.26680 8.32900 Ni 8.333 o.0512y 50.883) 100 7,472) 14.424 o.132) 8,46280 8.61410 8.63720 9,56760 9.57040 9,64880 9,64880 9,.659 Zn 0.0549 51.098 100 7.609) 14.690) 0.142) 0.142) 4.6650 14.8820o 14.9580 16,7274 16.7392 16.8803 17.014 17.038 0.0714 52.094 100 8.229 15.887 0.184 3.350) 15,4660 15.691o 15.7750 17.6545 17.6682 17.8169 17.9695 乙 17.998 100 0,0732) 52.210) 8,298 16.,020 0,189 3.700) 7.1340 17.3750 17.4800 19,5884 19.6060 19.,7689 19.9624 Mo 20.000 0.0769 52.445 100 8,436 16.286) 0.198) 4.100) 19,8080 20,0740 20.2160 22.6987 22.7235 22.9081 23.1695 23.2180 Rh 23.220 52.808 (16.685 (4.650) 0.0824 100 8.643 0,212 0,059 21.7080 21.990o 22.1630 24.9102 24.9410 25.1400 25.4503 25.5100 25.514 Ag 0.0860 53,059 100) 8.781) 16.951 0.222 5.050) 0,062) 7.4250 57.9810 59.3180 66,9500 67.2440 67.6530 69.0346 69.2691 W 69,525 57.472 (21.740 (0.0434 100 11.273 (0.504 8.600 (0.128 注1:表中Ka为K壳层电子吸收限注2;括号内数值为相对于K 的相对强度(%)
GB/I31364一2015 附录 B 资料性附录常见元素及其K系特征x射线能量表B.1给出了在能量色散X射线荧光光谱分析中常见元素及其K系特征X射线能量表B.1常见元素及其K系特征x射线能量单位为千电子伏特(keV 元素 K K a Ka K K K用 K K K 1.48610 1.4865o 1.55700 1.44120 Al 1.559 0.0238 50.200 100 18.867 1.68930 1.73920 .73980 1.83700 S 1.839 0.0256 50.200 100 19.069) 3.6001o 3.688803.69230 4.01310 C 4.039 0.0366 50,200 100) (20.180 4.40510 4.50580 4.51220 4.93340 4.96400 T 4.966 0.0403 50.231 100) 20.674 0.104 4.83830 4.9452o 44.95290 5.42780 5.46300 5.465 0.0421 l00 (20.886 0.l09 50.349) 5,29300 5.40520 5.41490 5.94680 5.98700 5,989 C1 0.0439 50.456 100) 21.088) 0.113 5,76990 5.90030 6.49180 6.53700 5.88910 Mn 6.539 0.0457) 50.563 100 21.280 0.118 6.26740 6.39210 6.40520 7.05930 7.11000 Fe 7.112 0.0476 50,669 100 21.492 0.123 6.78390 6.91580 6.93090 7.64910 7.70600 7.709 Co 0.0494 50.776 100 21.694 0.127) 7.463007.48030 8.26500 8.26680 8.32900 7.32440 Ni 8.333 0.0512) 50,883 100) 7.472) 14.424D 0.132) 7,88230 8.,02673 8.04630 8,90170 8.90390 8,97400 8.979 Cu 0.0531 50.990 100) 7.541 14.557 0.137 8,4628o 8.614108.63720 9.5676o 9.57040 9.64880 2 9.659 100 0,0549) 51,098 7.609 14.690 0.142) 9.85490 9.88600 10.9822 9.68840 10,9781 l1.0732 1.103 Ge 0.0586 51.314 100) (7.747 14.956 0.151 16.2880 16.6150 18.6254 18.9534 16.5210 18.6099 18.7810 Nb 18.986 0.075o 8.367 16.153 52.326 100 (0.194 3.900 21.1770 23.8177" 20.7460 21.0200 23.7901 24.0095 24.2943 24.3480 Pd 24.350 0.0842 52.933 100 8,712 16.818) 0,217 4.800) 0,061 21.7080 21.990o 22.1630 24.9102 24.9410 25.1400 25.4503 25.5100 Ag 25.514 0.0860 53.059 100 8,781 16.951 0.222 5.050) (0.,062 66.3720 66.991068.8o6o 77.9820 80.0823 80.3718 77.5770 78,4340 80.725 Au 0.0699 58.572 100) l1.668 22.477 0,602 9.350) 0.170
GB/T31364一2015 参考文献 [1]GB/T4833.1一2007多道分析器第1部分;主要技术要求与试验方法 [2 GB/T11685一2003半导体X探测器系统和半导体X射线能谱仪的测量方法 [幻 GB18871一2002电离辐射防护与辐射源安全基本标准 [[门 Determination As2563一1996wavelengthdispersiveX-rayfluorescencespectrometers ofprecision [5]JG810-1993波长色散X射线荧光光谐仪检定规程 GB/T8993一1998核仪器环境条件与试验方法 [ [ w.T.Elam,B.D.RavelandJ.R.Sieber,AnewatomicdatabaseforX-r rayspeetroscopiecaleu lations,RadiationPhysicsandChemistry63(2002121-128

能量色散X射线荧光光谱仪主要性能测试方法GB/T31364-2015

1. 仪器校准

在进行任何测试之前，必须对仪器进行校准。校准包括两个方面：初步校准和精密校准。初步校准通过调整仪器参数以达到最佳测试状态，如峰位、峰宽等；精密校准则是通过使用已知浓度的标准样品进行测试，进一步确定仪器的准确度和灵敏度。

2. 分辨率测试

分辨率是指能够分辨出两个非常靠近的峰的能力。GB/T31364-2015规定了测试分辨率的方法，即使用标准样品，测量两个非常靠近的峰的能量差，根据公式计算出分辨率。

3. 灵敏度测试

灵敏度是指在某种条件下，仪器检测到元素的最小含量。GB/T31364-2015规定了测试灵敏度的方法，即使用标准样品，逐渐降低其浓度，直至无法被检测到为止，根据浓度和信号强度之间的关系计算出灵敏度。

4. 准确度测试

准确度是指仪器测试结果与实际值之间的偏差。GB/T31364-2015规定了测试准确度的方法，即使用标准样品，测量其真实浓度，并将测试结果与真实值进行比较，根据偏差计算出准确度。

5. 重复性测试

重复性是指在相同条件下，多次测试得到的结果之间的偏差。GB/T31364-2015规定了测试重复性的方法，即使用标准样品，多次进行测试，并计算出结果之间的偏差。

6. 数据处理

测试完成后，需要对数据进行处理。GB/T31364-2015规定了数据处理的方法，包括峰位的计算、背景的去除、修正和校正等。

7. 结论

通过对能量色散X射线荧光光谱仪的主要性能进行测试，可以确定仪器的准确度、灵敏度、分辨率和重复性等指标。这些指标对于元素含量分析具有重要意义。