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    • • 經驗系數法
             X射線熒光光譜分析中,元素之間吸收增強效應往往使得元素含量與元素熒光譜線的凈強度之間呈現非常復雜的非線性關系,只有粗略的線性關系,采用足夠多的非相關性標準樣品,采用多元非線性回歸算法建模,是X射線熒光光譜分析中常常采用的方法,即所謂的經驗系數法。

             對于基體成分基本一致,待測元素為微量時,經驗系數法不失為一種簡單可靠的方法。

      而對于常量元素的分析,或基體成分變化較大時,必須得到一定數量的非相關性標準樣品,并且選擇適當的基體吸收增強矯正的數學模型,經過標定才有可能得到可用的校正方法。

             考慮到元素之間吸收增強效應的復雜性,準確而通用的數學模型通常很難找到。這通常限制了經驗系數法的外延,所以一般要求經驗系數法的待測樣品的基體基本一致,待測成分變化范圍不太大,標樣要足夠多并且含量范圍覆蓋實際樣品可能的變異范圍,還有元素之間不能存在太強的相關性。當然,尋求這些標樣本身就是很困難的事情,即便如此,通過數學建模得到的系數也難于真實反映元素之間的吸收增強效應,所以經常出現矯正曲線看起來很好而測試實際樣品偏差較大的情況,是不應感到太奇怪的,有可能數學模型選擇不正確,也可能標樣的選擇未能反映某些吸收增強效應,或者含量超出標樣涵蓋的范圍,都可能造成這種現象的出現。即使有系列滿足條件的標準樣品,準確得到了元素熒光X射線強度的情況下的經驗系數法建模,盡管如此,諸如干擾譜線和探測器帶來的逃逸峰、和峰等對熒光譜線凈強度計算的影響尚未計算在內。

             經驗系數法的本質決定了上述困難。如果加上多層鍍膜膜厚檢測這種更加復雜的吸收增強效應,經驗系數法建模的困難更極大增加。遑論標準樣品更難得到這一普遍存在的問題。


      • 快速基本參數法

             從X射線的發生、對原級X射線的濾波處理、X射線與樣品的相互作用(熒光效應與散射效應)到X射線探測器的響應機理,已經有成熟的物理理論和全面的基本參數數據庫。
       
             基本參數法(Fundamental parameters method)通過對X射線熒光光譜產生到探測的各個環節進行計算,在計算過程中包括了X射線管的發射譜(靶材特征譜線和韌致輻射連續譜),經濾光片(或單色器)后的樣品入射譜,入射樣品后發生的各種基體吸收增強效應(基體吸收效應,共存元素的二次熒光)、散射效應(瑞利散射和康普頓散射),以及探測器的接收到樣品出射的X射線后發生的各種效應(效率、逃逸峰(熒光逃逸和康普頓散射逃逸)、脈沖堆積等)。簡單地說,就是把探測器上的譜算出來!并且算出來的譜跟實際用探測器測出來的譜是一致的。

             基本參數法即將未知樣品的元素含量作為未知參數,通過迭代使計算譜與實測譜誤差達到最小化,以得到的參數作為未知樣品元素含量的準定量值。大量實驗證明,這個準定量值與實際值存在偏差(這個偏差通常很?。?,但是準定量值與實際值存在極佳的線性關系,這樣通過少量標準樣品即可校正由于計算或系統硬件所產生的偏差,從而達到精確定量的目的。

             為什么我們的基本參數法稱為快速基本參數法?

             基本參數法需要對X射線整個過程進行計算,大量的數值積分、迭代運算通常情況下單機是無法完成的,我們通過優化程序設計,使計算時間顯著縮短,即使對于成分最復雜的土壤樣品,全譜單次計算時間低至幾百毫秒。


      快速基本參數法土壤應用舉例

      1. 正向計算
           給予已知含量的樣品,通過計算得到的譜圖與探測器采集輸出的譜圖高度一致,這是FP算法計算正確性的保證。

      2. 反向擬合
           反向迭代針對未知樣品,通過迭代算法得到元素含量值。過程如下:



                                                   
                                                                圖 計算譜和探測器采集譜的擬合

           測試過程中的圖譜擬合情況,由圖可知,各峰擬合良好,背景扣除準確,從而保證FP計算值做為準定量值的可靠性。

      3. 精確定量
          對40個土壤標準樣品(GSS與GSD系列)進行測試,重點觀察鉻、砷、鎳、銅、鋅、鎘、鉛元素的標準值與Fast FP計算值是否滿足較好的線性關系,結果如下,由圖可知,Cr、As、Pb、Cu、Zn、Ni、Cd元素的Fast FP計算值與標樣值得線性相關系數約為0.99,顯示出良好的線性關系,這說明FP算法在土壤重金屬檢測應用中的準確性和強大適應性。

                                                    圖 土壤重金屬檢測應用-校正曲線的線性關系

            這種Fast FP計算值與標準含量值之間優異的線性關系,一方面說明,Fast FP正確計算了基體效應、譜線干擾、背景干擾、探測器效應等;另一方面表明,對于即使土壤分析,僅需要幾個標準樣品就可以校正由于計算所產生的誤差,得到精確定量值。





       


    •         采用基本參數法的優勢是顯而易見的,X射線熒光發生到檢測的各個階段的各種效應幾乎全部參與到了計算,不再需要借助物理意義不明確的影響因子來校正元素之間的相互影響,因此結果的可信賴性得到了極大的保障。

      1、即使無標樣,也可相對準確地對樣品元素成分(和/或鍍膜厚度)進行定量
      2、對相當多的應用可以達到相當高的定量準確度
      3、對于某些標準樣品難以得到的應用,基本參數法有效的定量算法
      4、可通過少量的標準樣品校正系統誤差,可以得到更高的準確度
      5、適用范圍寬,從微量到常量都可已得到很高的準確度
      6、某些無標準方法、樣品難處理的應用,基本參數法是定量分析的有利工具
      7、基于基本參數法的元素定性定量,是建立大數據應用的關鍵要素,譬如產品溯源
      8、Fast FP算法顯著減少了計算時間






    •  應用領域   解決方案
       環境保護   農用地和建設用地土壤無機元素含量分析
        HMET+HS XRF聯用應對環境水質重金屬應急監測
        固體廢物重金屬含量檢測
        PM2.5無機元素含量分析與數據溯源
       食品安全   食品中重金屬含量快速測定-X射線熒光基本參數法
        中藥中重金屬含量檢測-HS XRF with
        Fast FP化妝品中重金屬含量檢測-高靈敏度XRF重金屬分析儀
       地質礦產   HS XRF與Fast FP對各類礦石元素含量分析
        稀土元素含量快速檢測
       其它   水泥窯協同處置重金屬含量分析
        石化產品中金屬元素含量分析

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