能量色散 X 射线光谱仪：原理、性能与 RoHS 检测应用

摘要
本文以力汕 EDX-2 系列能量色散 X 射线光谱仪为研究对象，系统阐述其基于元素特征 X 射线的检测原理，结合具体型号参数对比分析设备性能差异，并以 RoHS 检测为核心应用场景，说明其在电子电气产品有害物质筛查中的实践价值。研究表明，该系列 X 射线光谱仪凭借高分辨率、多场景适配性及自动化操作优势，可实现从 2ppm 到 99.99% 含量范围的元素分析，满足 RoHS 测试、合金成分检测及镀层测厚等多元需求，为工业质量管控提供可靠技术支撑。

一、引言
随着电子电气产业全球化发展，产品材料安全与环保合规要求日益严格，如欧盟 RoHS 指令对铅、汞、镉等有害元素的限制，推动了高效元素检测技术的创新。X 射线光谱仪作为一种非破坏性检测设备，凭借无需样品前处理、检测速度快、精度高等特点，成为工业领域元素分析的核心工具。力汕集团研发的 EDX-2 系列能量色散 X 射线光谱仪，涵盖 EDX-2A、EDX-2AC、EDX-2AB 等多个型号，集成 RoHS 测试、合金分析与镀层测厚三大功能，可广泛应用于电子元器件、金属材料、塑料制品等领域，其技术原理与性能表现对工业质量管控具有重要参考意义。

二、EDX-2 系列 X 射线光谱仪的检测原理
EDX-2 系列能量色散 X 射线光谱仪的核心检测逻辑，基于元素特征 X 射线的波长与强度差异，通过 “激发 – 探测 – 分析” 三步实现元素定性与定量检测，具体过程如下：
2.1 特征 X 射线的激发
设备内置 X 射线管，在 50KV 管压、600uA 管流的工作条件下（可自动设定参数），向待测样品发射高能初级 X 射线。初级 X 射线穿透样品表层时，会与样品中原子的内层电子发生相互作用，将内层电子击出原子轨道，使原子处于不稳定的激发态。

2.2 特征 X 射线的产生与探测
为恢复稳定状态，原子外层电子会跃迁到内层空轨道，跃迁过程中会释放出能量差，该能量以特定波长的 X 射线形式辐射，即 “元素特征 X 射线”。不同元素的原子序数不同，电子轨道能级差存在固有差异，因此释放的特征 X 射线波长也具有唯一性 —— 这是设备实现元素定性分析的核心依据。
随后，特征 X 射线被探测器接收（EDX-2A 采用 Si-pin 探测器，EDX-2AC 等型号采用更高精度的 SDD 探测器），探测器将 X 射线信号转化为电信号，再经信号处理系统转换为可识别的光谱数据，形成以 “波长 – 强度” 为坐标的元素谱线图。

2.3 元素含量的定量分析
在相同检测条件下，样品中某元素的含量与其特征 X 射线的强度呈正相关关系 —— 含量越高，跃迁的电子数量越多，释放的特征 X 射线强度越强。设备通过将待测样品的元素谱线强度，与已知浓度的标准样品（如 EDX-2 系列标配的欧盟标样）谱线强度进行对比，结合软件算法校正基体效应、背景干扰等影响因素，最终计算出待测样品中各元素的准确含量，实现定量分析，其含量分析范围可覆盖 2ppm 至 99.99%，满足微量与常量元素检测需求。

三、EDX-2 系列 X 射线光谱仪的型号参数与性能对比
EDX-2 系列 X 射线光谱仪针对不同应用场景，设计了 5 种核心型号，各型号在结构设计、探测器类型、检测效率等方面存在差异，具体参数对比如下表所示：

规格参数	EDX-2A（非抽真空台式）	EDX-2AC（真空型台式）	EDX-2AB（非抽真空台式）	EDX-2ABC（真空型台式）	EDX-2T（真空型台式）
设备重量	50Kg	55Kg	50Kg	55Kg	55Kg
检测时间	200 秒	100 秒	200 秒	100 秒	100 秒
样品腔尺寸	610×320×100mm（L×W×H）	非真空：510×310×120mm   真空：Ф100×70mm	610×320×100mm（L×W×H）	非真空：510×310×120mm   真空：Ф100×70mm	非真空：510×310×120mm   真空：Ф100×70mm
测试环境	大气	抽真空	大气	抽真空	抽真空
探测器类型	Si-pin	SDD	Si-pin	SDD	SDD
分辨率	149 电子伏特	129 电子伏特	149 电子伏特	129 电子伏特	129 电子伏特
输出管压 / 电流	50KV/600uA（自动设定）	50KV/600uA（自动设定）	50KV/600uA（自动设定）	50KV/600uA（自动设定）	50KV/600uA（自动设定）
测试样品类型	固体、液体、粉末	非真空：固体、液体、粉末   真空：固体	固体、液体、粉末	非真空：固体、液体、粉末   真空：固体	非真空：固体、液体、粉末   真空：固体
含量分析范围	2ppm–99.99%	2ppm–99.99%	2ppm–99.99%	2ppm–99.99%	2ppm–99.99%
核心应用	RoHS 测试	RoHS 测试、镀层测试	RoHS 测试、合金分析	RoHS 测试、合金分析、镀层测试	RoHS 测试、合金分析、镀层测试
合金测试元素范围	不可测试	16-S（硫）至 92-U（铀）	16-S（硫）至 92-U（铀）	16-S（硫）至 92-U（铀）	11-Na（钠）至 92-U（铀）

从参数对比可见，EDX-2 系列 X 射线光谱仪的性能差异主要体现在三方面：一是真空环境适配，EDX-2AC、EDX-2ABC、EDX-2T 支持抽真空测试，可减少空气对轻元素（如钠、镁）特征 X 射线的吸收，拓展合金分析的元素范围；二是探测器精度，SDD 探测器（如 EDX-2AC）的分辨率（129 电子伏特）优于 Si-pin 探测器（149 电子伏特），可更精准区分相邻波长的元素谱线，降低检测误差；三是功能集成度，基础型号 EDX-2A 仅支持 RoHS 测试，而 EDX-2ABC、EDX-2T 则同时集成合金分析与镀层测厚功能，适配更复杂的工业场景。

四、EDX-2 系列 X 射线光谱仪在 RoHS 检测中的应用
4.1 RoHS 指令要求与检测标准
RoHS 指令是欧盟制定的电子电气产品环保标准，现行版本为 2011/65/EU（RoHS 2.0），相较于原版（2002/95/EC），其管制范围扩展至医疗设备、监控设备，并要求制造商保留技术文件与 EC 符合性声明至少 10 年。该指令限制 6 种有害物质的含量，具体要求如下：汞（Hg）≤1000ppm、六价铬（CrVI）≤1000ppm、镉（Cd）≤100ppm、铅（Pb）≤1000ppm、多溴联苯（PBBs）≤1000ppm、多溴联苯醚（PBDEs）≤1000ppm。
我国对应标准为《电子信息产品中有毒有害物质的检测方法》（SJ/T 11365-2006），其中明确将 X 射线荧光光谱法（XRF）列为 RoHS 有害元素的快速筛选方法，而 EDX-2 系列 X 射线光谱仪正是基于该方法开发，可直接满足标准检测要求。

4.2 EDX-2 系列的 RoHS 检测优势
作为专业 RoHS 测试设备，EDX-2 系列 X 射线光谱仪在检测效率、操作便捷性与安全性上具有显著优势：
• 快速筛查，无需前处理：EDX-2A 的检测时间为 200 秒，真空型号（如 EDX-2AC）仅需 100 秒，且无需对样品进行消解、溶解等前处理，可直接测试固体、液体、粉末等形态的样品（如电子元器件外壳、塑料颗粒、焊锡膏），大幅缩短检测周期。
• 高分辨率与精准度：SDD 探测器型号（如 EDX-2AC）的分辨率达 129 电子伏特，可精准识别镉（Cd）等微量有害元素的特征 X 射线，结合标配的欧盟标样与校准证书，确保检测结果符合国际标准，避免误判。
• 可视化操作与安全保护：设备配备高清摄像头与舱内照明系统，操作人员可实时查看样品测试位置，避免因样品放置偏差导致的检测误差；同时，设备具备电源过流、短路保护功能，符合工业安全规范，降低设备损坏风险。

4.3 实际检测案例
某电子企业需对一批进口塑料元器件进行 RoHS 合规性筛查，采用 EDX-2A X 射线光谱仪进行检测：
• 样品准备：将塑料元器件切割为 5cm×5cm 的小块，直接放入样品腔（尺寸 610×320×100mm），无需其他处理；
• 参数设定：设备自动设定管压 50KV、管流 600uA，检测时间 200 秒；
• 检测结果：设备生成元素谱线图，显示样品中铅（Pb）含量为 850ppm、镉（Cd）含量为 30ppm，均低于 RoHS 限值，判定为合规；同时，谱线中未检测到汞、六价铬等其他有害元素，最终出具 RoHS 测试报告。
该案例表明，EDX-2 系列 X 射线光谱仪可快速完成电子元器件的 RoHS 筛查，为企业产品出口欧盟提供合规依据，避免因有害物质超标导致的贸易风险。

五、EDX-2 系列 X 射线光谱仪的其他核心应用
除 RoHS 测试外，EDX-2 系列 X 射线光谱仪还集成合金分析与镀层测厚功能，拓展了设备的应用场景：
5.1 合金分析
EDX-2AB、EDX-2ABC、EDX-2T 型号支持合金分析，其中 EDX-2T 可检测元素周期表中 11-Na（钠）至 92-U（铀）的所有元素，适用于不锈钢、铝合金、贵金属（黄金、铂金）等材料的成分检测。例如，在珠宝行业，可通过 EDX-2T 快速测定黄金饰品的纯度（如 Au999、Au750），无需破坏样品；在机械制造领域，可分析不锈钢中的铬、镍含量，判断材料的耐腐蚀性能是否符合设计要求。

5.2 镀层测厚
EDX-2AC、EDX-2ABC、EDX-2T 型号具备镀层测厚功能，通过检测镀层与基体材料的特征 X 射线强度差异，计算镀层厚度的绝对值。例如，在电子连接器生产中，可检测铜基材表面镍镀层的厚度（如 5μm、10μm），确保镀层的导电性与耐磨性；在汽车零部件制造中，可监测镀锌层的厚度，评估零部件的防锈能力。

六、结论
EDX-2 系列能量色散 X 射线光谱仪基于元素特征 X 射线的检测原理，实现了 RoHS 测试、合金分析、镀层测厚的多功能集成，其高分辨率、快检测速度、宽样品适配范围的特点，使其成为工业质量管控的重要设备。从参数对比来看，不同型号的设备可满足不同场景需求 ——EDX-2A 适合基础 RoHS 筛查，EDX-2ABC 适合多场景综合检测，EDX-2T 则在轻元素分析上具有优势，企业可根据自身需求选择适配型号。

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