x射线荧光(XRF)是一种强大的定量和定性工具，非常适合分析薄膜厚度和成分，通过固体和溶液的重量确定元素浓度，并识别复杂样品基质中的特定和微量元素。XRF分析广泛应用于几乎所有行业，包括金属精加工和精炼、半导体、电信和微电子、食品、制药、化妆品、农业、塑料、橡胶、纺织、燃料、化学和环境领域。XRF分析工具在工业中的广泛应用是由于XRF能够快速、精确地进行非接触、无损测试，同时与其他测量技术相比拥有成本较低。

在金属精加工中，XRF工具主要用于对金属薄膜厚度和成分进行传入分析和过程控制检查，对金属基板进行传入和板前验证，并确保采购或制造的部件符合欧盟的废弃电气和电子设备指令(WEEE)和有害物质限制指令(RoHS)标准。

操作原理

根据定义，荧光是一种材料吸收能量并几乎立即以特征形式释放能量的过程(见图1)。在XRF分析中，入射的x射线光子撞击围绕原子核运行的电子。电子脱离轨道，离开原子。来自高能量轨道的电子取代了自由电子(电子级联)。当它下降到较低的轨道时，电子以x射线光子的形式释放能量(荧光)，其能量等于高能量和低能量轨道之间的势能差。

当样品暴露在已知的恒定强度的x射线源下时，它将以与样品中存在的元素浓度成正比的速率(强度)发出特征x射线。从这种分析中可以得到两条信息:存在的元素类型和存在的每种元素的数量。因此，可以使用XRF定量测量样品的厚度，以及它的元素组成。

与其他测量技术相比，XRF方法有几个优点。与电感耦合等离子体(ICP)、直流等离子体(DCP)和原子吸收(AA)等经典光谱方法通常所需的相对较长的设置和分析时间(10-60分钟)相比，它要快得多(10-30秒)。此外，ICP、DCP和AA通常需要熟练的技术人员才能获得合理和可重复的结果，而XRF易于使用，不需要经验丰富的操作员。

XRF技术也比典型的涡流和磁感应测量方法具有显著的优势。与涡流装置不同，XRF不容易受到电镀表面导电性的影响。镀层的电导率不是恒定的;它是一个浴池化学的函数，在特定的浴池内或不同的槽之间随时间而变化。电导率的变化幅度往往高达40%。因此，涡流测量可能会有很大的偏差。此外，XRF不容易受到各种亚铁基板之间常见的磁导率波动的影响。磁测仪在不同的钢基上，甚至在同一钢基上的不同位置，得到的镀层厚度测量值往往有显著差异。因此，XRF通常是首选技术，特别是在多用户和多应用程序环境中。

对于WEEE/RoHS应用，XRF比ICP快得多，并且可以分析小到2密尔的区域。这种更小的空间分辨率(被分析区域的大小)提供了更高的采样能力，并允许用户更容易地筛选不合规。此外，XRF非常适合于生产/组装环境，因为它易于使用。一旦建立了校准配方，可以在几分钟内获得去/不去WEEE/RoHS验证，无需任何操作员干预或插值。

光谱仪的工具

XRF工具通常包含五个特性:

• 高强度x射线源
  
  
• 用于确定x射线束大小的准直装置
  
  
• x射线束瞄准和样品定位机制
  
  
• x射线检测，处理和分析电子学
  
  
• 用于确定样品厚度和/或成分的算法工具

XRF工具使用高强度x射线管来产生x射线。这些主要的x射线束被引导通过准直器，并出现在一个单一的，紧密聚焦的光束与特定的横截面几何。光束撞击样品材料，并从存在的元素诱导荧光(见图2，第35页)。然后，探测器感知样品发出的x射线，并将其转换为一系列脉冲，每个脉冲的振幅与每个入射x射线的能量成正比。

放大器将脉冲成形为可工作的电子信号，数字化脉冲根据能量级别进行排序并存储在多通道分析仪(MCA)中。计算每个通道中存储的脉冲数以生成频率分布(直方图)，沿其X轴(对应于能级)显示通道数，并沿其Y轴计数(每个能级检测到的脉冲数)。这个直方图被称为谱或脉冲高度分析(PHA)，是厚度和成分测定的原始数据。XRF仪器结合数学技术，将原始光谱数据进一步细化为纯光谱，并与定标模型进行关联，从而产生测量结果。

XRF仪器通常有手持式或台式两种型号。手持设备非常适合于分析大型，散装样品，这将是困难的或不切实际的放置在台式室。它们还用于对进货库存进行工艺点分析，并在电镀前验证材料类型，以及对电镀材料进行工艺分析。188金宝搏bet官网

台式XRF工具可用于获得微束测量，其中小区域(小于½英寸)需要监测，或分析不规则或极小部件上的薄膜厚度。台式模型也可以自动化，以允许同时测量多个样本或对单个样本进行深入分析。

精确的分析

XRF工具是现代金属精加工工厂的主要产品。它能精确、快速、非接触、无损地测量电镀沉积和基体金属的薄膜厚度和成分，是验证欧盟有害物质新指令中规定的RoHS元素的重要工具。