基于微束X射线荧光光谱的单晶叶片枝晶成分分布定量统计研究

镍基单晶高温合金是含有10～15种元素的复杂合金,具备优良的高温强度和耐腐蚀性。目前,先进燃气涡轮发动机的涡轮部件几乎都采用空心结构的单晶叶片。叶片服役过程中要承受超过其熔化温度数百摄氏度的高温和巨大离心应力,是工况条件最为恶劣的航空零件,被誉为“工业王冠上的明珠”,研制发展更耐高温的叶片材料以及改进叶片的冷却技术是提高涡轮进口温度的关键手段。新一代的单晶叶片中添加大量难熔元素(如Ta, W和Re等)用来提高承温能力,但这些元素在凝固过程中存在严重的枝晶偏析,导致组织内成分分布不均匀。通常采用复杂的多级热处理来溶解非平衡组织,减小偏析。枝晶间成分的详细表征对优化热处理工艺和叶片设计具有重要的意义。微束X射线荧光光谱是一种无损检测技术,制样简单,无需镀导电膜,可对样品进行多元素同时检测,多用于生物和考古领域,定量表征成分复杂的金属材料存在一定困难,应用案例较少。单晶高温合金具有特殊的十字枝晶组织,尺寸约为几百微米,微束X射线荧光光谱可以满足单晶叶片枝晶成分的详细表征和大区域面积的成分分布定量统计需求。本实验基于微束X射线荧光光谱技术,建立了镍基单晶高温合金枝晶成分定量统计分布表征方法,并...     

微束X射线荧光分析

用能量色散微束X射线荧光分析仪实际测量了微束准直器孔径和X射线强度对微束空间分辨率的影响,在准直器孔径为0.1mm条件下,获得以FWHM定义的空间分辨率最好为0.073mm。通过微束扫描测量出某硫化锰矿微区内的Mn、Fe、Zn、Pb的三维等高线荧光强度分布图和不同小区域内的能谱。     

基于微束X射线荧光光谱的新型铸&锻GH4096合金涡轮盘成分分布解析

铸&锻GH4096高温合金涡轮盘拥有高承温能力、高强度、低裂纹扩展速率、高抗疲劳性能等优异性能,是航空发动机的关键热端部件。但由于其合金化程度较高、零件尺寸大、制备工艺复杂等,不可避免会出现成分和组织分布不均匀,一定程度影响涡轮盘的服役性能。微区X射线荧光光谱（μ-XRF）具有微区分辨率高、分析速度快、多元素同步分析、非破坏性等优点,被广泛应用于考古、地质、生物等领域,但对大尺寸高温合金构件的成分分布的研究较少,对于材料各原始位置处的成分定量分布表征也未见报道。本试验通过选择合适的测量条件、优化仪器定量方法,建立了基于微束X射线荧光光谱的新型铸&锻GH4096合金涡轮盘成分分布定量分析方法,并引入了原位统计分析方法对涡轮盘中Cr,Co,Mo,W,Ti,Al,Nb和Ni八种主要元素进行了定量统计分布解析。发现涡轮盘厚度的中心区域内Co,Mo和Ti三种元素从轮毂至轮缘存在较明显的弧形负偏析带,而Ni和Cr两种元素存在弧形正偏析带。另外,涡轮盘径向也存在一定的成分梯度分布,Co,Cr和W三种元素含量从轮毂到轮缘的呈现逐渐降低的趋势,而Mo,Ti和Nb三种元素含量则呈现逐渐上升趋势。对各元素最大偏析度、统计偏析度、统计符合度计算分析后可知,Cr,Co,Mo,W,Ti,Nb和Ni七种元素测量区域内整体偏析程度较小、统计符合度大,在材料元素设计值允许范围内具有较好的成分均匀性。使用火花源金属原位分析仪（OPA-200）对相同测试区域的元素进行了线分布分析,其分析结果与微束荧光光谱得到的分析规律具有较好的一致性,说明大尺寸涡轮盘在热处理过程中存在温度场分布,导致了各元素扩散行为以及显微组织分布的差异,因此不同部位的成分也存在一定偏析。通过对大尺寸的涡轮盘成分进行定量统计分布解析,对于评价新型铸&锻变形GH4096高温合金涡轮盘的成分分布均匀性,解析制备工艺与大尺寸构件成分、组织结构分布的相关性具有重要意义。     

基于同步辐射的快速扫描X射线微束荧光成像方法

在上海光源硬X射线微聚焦光束线站(BL15U1)上, 基于EPICS软件平台, 集成运动控制, 光强探测, 荧光探测等功能, 实现了"飞行"模式 (on-the-fly) X射线扫描微束荧光成像方法. 用"飞行"扫描X射线荧光成像法获得了标准镍网, 以及微量元素Cu, Zn,K, Fe在样品老鼠脾内的分布图像, 结果显示该方法不但在速度上有了极大的提高, 而且获得的元素分布图像具有高质量. 关键词： 快速扫描X射线微束荧光成像 同步辐射 微量元素分布     

一种新型的微束X射线荧光谱仪及其在考古学中的应用

介绍了一种新型的基于X光透镜的微束X射线荧光分析系统的结构、性能和特点及其在考古学中的应用.X光透镜将旋转阳极X射线发生器产生的X射线束聚成直径为几十微米的光束，实现了对考古样品的无损、原位、微区的分析.为了检验微束分析系统的可行性，分析了一片明代青花瓷残片中青花部位的元素分布，结果表明青花中Mn和Co元素的含量与青花颜色的深浅相一致；相关性分析表明Mn和Co呈现非常好的线性相关；Mn和Co的含量或比值对青花的产地和真伪的辨别有着重要的意义. 关键词： X光透镜 微束X射线荧光 青花     

一种毛细管聚焦的便携式微束X射线荧光谱仪

基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点，导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化，引起照射样品的X射线束斑大小发生改变，从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪，此谱仪主要是由SDD X射线探测器、30 W低功率X射线管、毛细管X光透镜、CCD和一个新型闭环控制系统构成。该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上，结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、样品台等器件组成。基于此系统，该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。同时，该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。为了验证设备的可行性，使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K，Ca，Zn和Fe等元素的含量及分布，并将测量结果进行了对比。结果显示，在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近，扫描区域元素分布图的分辨率更好，表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差，弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。因此，本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。     

微束X射线荧光光谱分析红土中铁锰结核内部微小区域

在中国南方第四纪红土剖面中普遍发育一种黑褐色,形状规则或者不规则的新生体,由于其含有较高的Fe和Mn元素而被称为铁锰结核。铁锰结核被认为是土壤中温度、水分、氧化还原条件变化而形成的土壤新生体,因此它被认为是环境信息的良好载体。尤其是结核内部发育的环带状构造,被认识是结核形成过程气候干湿变化的结果。因此对结核内部微小区域的研究,有助与理解红土母质的风化过程以及结核的形成原因。X射线荧光光谱分析在20世纪80年代初已是一种成熟的分析方法,是实验室、现场分析主、次量和痕量元素的首选方法之一。运用帕纳科Zetium X射线荧光光谱仪的微小区域分析工具对铜陵第四纪红土中结核内部由核心至边缘的主量元素分布状况进行分析,结果表明,XRF微小区域分析功能可以快速有效的分析样品内元素的分布状况。结核内部元素分布情况来看,铜陵剖面内铁锰结核内部颜色深浅变化主要是由于Mn元素含量的变化而引起的。结核的核心Mn元素含量最高,由核心向边缘呈现高低交替变化特征。指示结核形成初期,由于气候相对干旱,Mn元素由低价离子态氧化成高价化合物后发生淀积。结核内部浅色环带Si和Al元素含量明显较深色环带高,可能代表了相对湿润的气候时期。     

利用毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术对单根头发中元素空间分布进行无损扫描分析

头发中的元素与人的饮食和健康状况有关,对头发中元素的分析,不仅可用于刑事物证鉴别,还可为疾病的预防和治疗提供依据,因此,如何检测头发中元素分布等信息倍受人们关注。本文利用基于毛细管X光透镜和实验室普通X射线光源的共聚焦微束X射线荧光技术对单根头进行了无损扫描分析,分析了单根头发中元素的空间分布。在该毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术中,毛细管X光会聚透镜的出口焦斑和毛细管X光平行束透镜的入口焦斑处在共聚焦状态,从而形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号,降低了背底信号对X射线荧光谱的影响,从而有利于提高该共聚焦X射线荧光技术的分析精度。该共聚焦技术中采用了具有高功率密度增益的毛细管X光会聚透镜,降低了该共聚焦X射线荧光技术对X射线光源功率的要求,从而保证了该共聚焦技术可以采用实验室普通X射线光源,降低了实验成本。实验表明,毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在单根头发元素分布检测中具有应用价值。     

因子分析在X射线荧光光谱重叠谱峰识别中的应用

用渐进因子分析（ＥＦＡ）方法处理合金样品的Ｘ射线荧光扫描谱数据,按照数学原理选取扫描步长,根据ＸＲＦ特性选择合适的训练集建立数学模型,可以准确判断谱峰重叠,该方法在合理取点和组分含量相当的情况下有良好的识别能力。     

微区X射线荧光成像技术在岩心分析中的应用

微区X射线荧光(Micro-XRF)分析技术是通过微小的X射线光束照射样品,对样品进行原位成分观测的无损分析手段之一,具有灵敏度高、速度快和准确性高的特点。采用微区X射线荧光光谱仪(M6 JETSTREAM)对安徽铜陵冬瓜山铜矿床四段岩心样品进行面扫描,分析不同矿层共17种元素区域分布特征、空间分布规律及组合关系等,结果表明：(1)Cu和Fe两种成矿元素高值空间分布区域基本不重叠,S与Fe分布范围高度重叠,关系密切,微量元素Ni, Bi, Pb, Zn, Si, Na与Cu密切相关,而Ti, Al, K与Fe具有弱相关性;(2)垂向上,Fe元素含量随深度增加逐步增大,而Cu元素含量呈降低趋势,其他元素也随深度呈下降趋势;(3)元素分布受石炭纪中期海底喷流沉积成矿作用和岩浆热液成矿作用叠加改造作用明显;(4)该钻孔矿石矿物以磁黄铁矿、黄铜矿和黄铁矿为主,垂向上组合规律明显,脉石矿物以石英、石榴子石和透辉石为主。该技术通过分析元素空间分布规律、相关性以及矿物组合和分配关系等可对元素富集和运移以及对矿床的成矿机制、成因模式等地质环境和地质过程提供新认识和新证据。结合矿床地球化学特征的分布模式...     

毛细管X光透镜共聚焦微束X射线荧光技术在胶囊类药品分析中的应用

为了对胶囊类药品进行无损分析鉴别,利用两个多毛细管X光透镜搭建了共聚焦微束X射线荧光谱仪,两个处在共聚焦状态的透镜形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元中的X射线信号,这有利于分别对胶囊壳和其内部药物进行原位无损元素分析,从而辨别它们的种类。分析了4种胶囊类药品对应的X射线荧光谱特征,从荧光谱图上可以看出不同胶囊类药品有不同的X射线荧光谱,对应不同的元素组成,所以可以利用胶囊内部药物对应的X射线荧光谱鉴别胶囊类药品的种类。实验证明,利用共聚焦微束X射线荧光技术可以在不破坏胶囊壳的情况下对胶囊类样品进行无损原位分析,该技术在胶囊类药品种类和真伪鉴别中具有潜在应用价值。     

贵东岩体X荧光光谱、等离子体质谱分析结果及其对岩体演化的指示意义

粤北贵东岩体是由形成于早侏罗世(燕山一期)的粗粒黑云母花岗岩、晚侏罗世(燕山三期)的中细粒二云母或白云母花岗岩、早白垩世(燕山四期)石英正长岩组成的复式岩体。不同期次花岗岩进行X荧光光谱和等离子体质谱测试结果显示：(1)同期岩体自上而下具有硅碱组分降低,铁镁含量组分和LREE,LREE/HREE及(La/Yb),N值总体升高的变化趋势;(2)复式岩体从早期到晚期,岩体的硅碱组分逐渐升高,而∑REE,LREE/HREE,(La/Yb)_N及δEu值则逐渐降低,稀土配分曲线由右倾型向海鸥型过渡,表明复式岩体的形成是地壳岩石多次原地熔融(重熔)的结果;(3)微量元素组成同样反映复式岩体形成是地壳岩石多次原地熔融(重熔)的结果;多次熔融(重熔)导致晚期岩体U丰度和U/Th比值升高,故该区铀矿床的形成多与燕山晚期的熔融(重熔)事件有关。     

毛细管X光透镜三维共聚焦微束X射线荧光技术在岩矿样品分析中的应用

利用毛细管X光透镜搭建了三维共聚焦微束X射线荧光谱仪,处在激发道的多毛细管X射线会聚透镜和处在探测道的多毛细管X射线平行束透镜处于共聚焦状态,该共聚焦结构降低了X射线荧光光谱的背底,从而有利于降低的X射线荧光分析技术的探测极限。在上述共聚焦结构中,多毛细管X射线会聚透镜和多毛细管X射线平行束透镜的焦斑重合形成共聚焦微元,探测器只能探测到来自该共聚焦微元内的X射线荧光信号,当该共聚焦微元在样品移动时,就可利用该共聚焦技术原位无损得到样品内部的三维X射线荧光信息。该共聚焦技术使用的多毛细管X射线会聚透镜具有103量级的功率放大倍数,从而降低了该共聚焦技术对高功率X射线源的依赖程度,即利用低功率普通X射线源就可以设计毛细管X光透镜共聚焦X射线荧光技术。利用上述共聚焦微束X射线荧光谱仪对两种岩矿样品进行三维无损分析,在其中一种岩石中发现：Fe浓度大的区域Cu的浓度也大,这在一定程度上反映了岩矿自然生长的机理。实验结果证明：该共聚焦X射线荧光技术可以在不破坏样品情况下分析岩矿样品中元素成分组成和元素三维分布情况。该共聚焦三维微束X射线荧光技术在矿石勘察、玉器选材和鉴别、石质食用器皿、“赌石”和家用石质地板检测等领域具有潜在的应用。     

XRF和LA-ICPMS测定硫化物熔片中的主次量元素

采用高纯HNO₃为氧化剂代替传统的氧化剂,以GeO₂为玻璃化试剂,建立了一种简单、高效的硫化物熔融玻璃片的前处理方法。XRF和LA-ICPMS分析结果表明,相对于粉末压片法,熔片法制备的样品具有更好的均一性和可靠性。3种硫化物国家一级标准物质的XRF和LA-ICPMS主次量元素(Si,Al,Fe,Mg,K,Ca,Na,Mn,Cu,Zn)分析测试结果均与推荐值相吻合(Ti缺少推荐值),测定误差都在允许范围内,XRF三次熔片测试结果的精密度RSD<5.6%;LA-ICPMS 15次测试结果精密度RSD<3%。表明建立的硫化物熔融玻璃片的前处理方法可较好的应用于XRF和LA-ICPMS分析硫化物中的主次量元素。     

X射线荧光光谱高压制样方法和技术研究

使用自行设计研制的高压制样模具和高压制样技术(专利号: 201310125772.5),对岩石、土壤,水系沉积物等地质样品进行高压制样研究,这是国内首次的高压制样尝试,并取得了显著的成果。不加粘结剂,用1600 kN高压能使各种类型地质粉末样品压制成型。而且,经高压制备的试样片表面致密、平整、光滑、光亮,不龟裂,不分层,不掉粉末,消除了对X射线荧光光谱仪分析室的污染,为X射线荧光光谱分析粉末制样开辟了一条新途径。通过对元素分析线、背景强度、校准曲线斜率、方法的精密度和制样的重现性的对比研究表明：高压(1 600 kN)制备的试样片较常规压力(400 kN)元素的峰背比值、灵敏度显著地提高,检出限明显降低、分析结果更接近标准值、精密度和样品制备的重现性均有较大提高。还利用电子显微镜和X射线衍射对这些高压试样片(1600 kN)和常规压力的试样片(400 kN)作了表面形态和结构的对照研究,研究表明：高压试样片(1 600 K)较常规压力的试样片(400 kN)二氧化硅谱峰的半高宽均变宽。表明峰形发生了变异,变化的原因可能是在高压下SiO₂晶格被破坏,粒度减小,因而使高压制备的试样片表面更加坚实、致密、平滑、不掉粉末,减少了颗粒度和矿物效应,提高了分析结果的精密度和准确度。     

中国X射线光谱分析文献及计量统计评介

中国X射线光谱分析已经历了60年的发展历程,相关技术文献数量已过万.直至2019年才有"基于CNKI的X射线荧光光谱研究文献计量学分析"一文和《中国X射线荧光光谱分析文献索引》一书的发表与出版.以这两篇文献为基础说明中国X射线荧光光谱文献的类型、文献源及检索收集,简介了这两篇文献的成果要点,评介中国X射线荧光光谱文献统...     

基于三维荧光光谱法和PARAFAC对多环芳烃定性定量分析

三维荧光光谱法在研究多环芳烃(PAHs)类物质的荧光信息时起到了重要作用。多环芳烃类物质具有致癌性,难降解性,多由尾气排放,垃圾焚烧产生,危害着人类健康及环境,因此人们不断探索对多环芳烃检测的方法。实验选取多环芳烃中的苊和萘作为检测物质,利用FLS920荧光光谱仪,为避免荧光光谱仪本身产生的瑞利散射影响,设置起始的发射波长滞后激发波长40 nm,设置扫描的激发波长(λex)范围为:200~370 nm,发射波长(λem)范围为:240~390 nm,对多环芳烃进行荧光扫描获取荧光数据,采用三维荧光光谱技术结合平行因子算法对混合溶液中的苊和萘进行定性定量分析。实验选用的苊和萘均购于阿拉丁试剂官网,配制浓度为10 mg·L-1的一级储备液,再将一级储备液稀释,得到苊和萘浓度为0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4和4.5 mg·L-1的二级储备液,并将苊和萘进行混合。在进行光谱分析前需要对苊和萘的光谱进行预处理,采用空白扣除法扣除拉曼散射的影响,并采用集合经验模态分解(EEMD)消除干扰噪声。实验测得苊存在两个波峰,位于λex=298 nm,λem=324/338 nm处,萘存在一个波峰,位于λex=280 nm,λem=322 nm处。选用的PARAFAC算法对组分数的的选择很敏感,因此采用核一致诊断法预估组分数,估计值2和3的核一致值都在60%以上,分别对混合样品进行了2因子和3因子的PARAFAC分解,将分解后得到的激发发射光谱数据和各组分浓度数据进行归一化处理,并绘制光谱图,与归一化处理后的真实的激发发射光谱图和各组分浓度图进行对比。同时将PARAFAC得到的混合样本的预测浓度,通过计算回收率(R)和均方根误差(RMSEP)来判定定量分析的准确度。选择2因子时,各混合样品中苊和萘拟合度为95.7%和96.7%,平均回收率分别为101.8%和98.9%,均方根误差分别为0.0187和0.0316;选择3因子时,各混合样品中苊和萘拟合度为95.3%和95.8%,平均回收率分别为97%和102.5%,均方根误差分别为0.033和0.116,由三项指标可得选用2因子进行定性定量分析的效果明显好于选用3因子。分析实验结果表明,基于三维荧光光谱法和PARAFAC算法对混合样品进行定性定量分析,能够有效的判定混合样品的类别,同时能够成功的预测出混合样品的浓度。