首飾的種類(lèi)繁多且生產(chǎn)工藝各異，針對(duì)不同工藝的首飾，選擇的X射線光譜儀器也有所不同。除算法和探測(cè)器外，儀器的光路也至關(guān)重要，其設(shè)計(jì)直接決定儀器的測(cè)試性能和品質(zhì)，進(jìn)而影響首飾測(cè)試的結(jié)果。如果說(shuō)探測(cè)器是儀器的心臟，算法是儀器的靈魂，那么光路則是儀器的經(jīng)脈和血管。

例如我司的XF-A5和XF-A5S產(chǎn)品，二者的探測(cè)器和軟件算法相同，但光路差異很大，在面對(duì)不同樣品測(cè)試時(shí)，我們會(huì)向客戶推薦不同的產(chǎn)品。A5作為一款通用檢測(cè)儀器，在首飾工廠領(lǐng)域的應(yīng)用就相對(duì)較少，對(duì)于這類(lèi)客戶，我們會(huì)推薦A5S/S5/S6/S8系列產(chǎn)品，下面通過(guò)兩種戒指樣品的案例來(lái)說(shuō)明。

案例A：戒指內(nèi)圈成分測(cè)試

如圖所示，這個(gè)戒指外圈銀色，內(nèi)圈表面金色，箭頭指向的黑色小點(diǎn)為我們測(cè)試目標(biāo)點(diǎn)。

如果我們要檢測(cè)這個(gè)戒指內(nèi)圈的黑色小點(diǎn)，首先需要使用首飾架將戒指內(nèi)圈暴露在承載環(huán)中心點(diǎn)正上方。

XF-A5測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ2.5mm）:由于XF-A5的攝像頭焦點(diǎn)位于承載環(huán)平面上，在測(cè)試凸起位置時(shí)其成像模糊。

XF-A5SMC測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ2.0mm）: A5SMC的X射線與攝像頭共焦點(diǎn)，其攝像頭可調(diào)整焦距，成像更清晰（可參看下方A5和A5SMC軟件界面截圖）。

使用XF-A5測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ2.5mm）

使用XF-A5SMC測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ2.0mm）

測(cè)試結(jié)論：

該戒指銀白色外圈為鉑金，內(nèi)圈為K金。使用A5SMC測(cè)試戒指內(nèi)圈等曲面樣品時(shí)，X射線激發(fā)點(diǎn)聚焦于在圓圈內(nèi)，而A5的射線實(shí)際焦斑超出圓圈范圍，因此A5SMC相比A5能更準(zhǔn)確地反映該戒指真實(shí)的測(cè)試結(jié)果。

案例B：測(cè)試鑲嵌首飾

XF-A5測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ2.5mm）:由于XF-A5的X射線焦斑較大，在測(cè)試鑲嵌首飾時(shí)，射線無(wú)法只聚焦于鑲嵌部位，導(dǎo)致鑲嵌部位的測(cè)試結(jié)果與樣品實(shí)際相差極大。

XF-A5SMC測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ0.8mm）: A5SMC具備可調(diào)準(zhǔn)直器且使用第二代垂直光路，其X射線可精準(zhǔn)聚焦于鑲嵌部位，可精準(zhǔn)反映鑲嵌部位的實(shí)際成色情況。

使用XF-A5測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ2.5mm）

使用XF-A5SMC測(cè)試（準(zhǔn)直器：Φ0.8mm）

測(cè)試結(jié)論：

如以上案例，在檢測(cè)凹面的首飾、鑲嵌珠寶和較小的首飾時(shí)，選擇符合ISO23345標(biāo)準(zhǔn)的XRF產(chǎn)品，如擁有雙準(zhǔn)直器的A5SMC產(chǎn)品，能更接近待測(cè)樣品的真實(shí)值。如果是首飾工廠客戶，追求更理想的測(cè)試結(jié)果，可以考慮選擇我司S5MC或者S6、S8等擁有多準(zhǔn)直器切換功能且使用垂直光路的高級(jí)產(chǎn)品線。

既然XRF光路對(duì)樣品的測(cè)試影響這么大，那么本文就深入研究下XRF光路，到底是什么？有哪些種類(lèi)？其差異化在哪？?jī)?yōu)缺點(diǎn)在哪？

從X射線激發(fā)的方向分兩類(lèi)，一類(lèi)是X射線從下往上；另一類(lèi)是X射線從上往下。我們?cè)谶@里先只討論X射線從下往上的情況。

通常XRF光譜儀光路包含兩部分：X射線光路和樣品圖像的光路。

X射線光路（以西凡A5SMC為例）

X射線光路（西凡A5SMC儀器應(yīng)用）

X射線光路指在X射線熒光光譜儀中，X射線從出射經(jīng)初級(jí)濾光片和初級(jí)準(zhǔn)直器，激發(fā)樣品，產(chǎn)生的樣品元素的特征X射線進(jìn)入探測(cè)器的光程（如上圖）。當(dāng)然也有更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，如增加二次濾光片和二次準(zhǔn)直器，但這種情況不常見(jiàn)。

樣品圖像光路（以西凡A5SMC為例）

樣品圖像光路（西凡A5SMC儀器應(yīng)用）

圖像的光路是指樣品的可見(jiàn)光被攝像頭采集的光程（如上圖）。這兩部分通常是集成在一起，組成了XRF儀器的光路。

幾種常見(jiàn)的X射線能量色散光譜儀的光路介紹：

1. X射線45度角入射到樣品

圖1-1（西凡A5儀器應(yīng)用）

如上圖1-1所示，X射線從X射線管出射口以45度出發(fā)，經(jīng)過(guò)濾光片和準(zhǔn)直器到達(dá)樣品，產(chǎn)生樣品元素各特征射線后被探測(cè)器檢測(cè)到。攝像頭置于樣品正下方采集圖像。右邊的綠色模塊為X射線激發(fā)到樣品的實(shí)際面積。因?yàn)?5度入射的原因，其實(shí)際焦斑為橢圓形，但為了避免誤導(dǎo)，通常攝像頭圖形使用圓形標(biāo)記。

圖1-2

這種光路優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，多用于低端產(chǎn)品上。但有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是實(shí)際焦斑為橢圓形；二是如果樣品是凹面，實(shí)際檢測(cè)點(diǎn)和圖像中心點(diǎn)并不在一個(gè)位置上（如圖1-2）。

備注：入射光（紅色）為X射線初級(jí)射線，出射光（藍(lán)色）為樣品元素的特征X射線，由于探測(cè)器位置的設(shè)計(jì)，看似是反射效果，實(shí)際是以激發(fā)點(diǎn)為球心，向球面一起發(fā)射X射線熒光。

使用這種光路結(jié)構(gòu)檢測(cè)表面凹凸不平的樣品或者較小的樣品時(shí)，其準(zhǔn)確性可能稍差。在檢測(cè)鍍層樣品時(shí)，準(zhǔn)確性較差，尤其面對(duì)小尺寸多層結(jié)構(gòu)的鍍層樣品，其無(wú)法正常檢測(cè)。

目前市面上的大部分低端產(chǎn)品（包括西凡儀器的A5/K5）均采用此類(lèi)光路。

2. X射線垂直入射到樣品

圖2-1（西凡代A5S儀器應(yīng)用）

以上圖2-1為例，X射線從X射線管出射口以90度出發(fā)，經(jīng)過(guò)濾光片、準(zhǔn)直器和反射鏡后到達(dá)樣品，產(chǎn)生樣品元素各特征射線后被探測(cè)器檢測(cè)到。攝像頭置于探測(cè)器正下方，與反射鏡處于同一水平位置，攝像頭和反射鏡處于同一水平位置，通過(guò)反射鏡采集圖像。因X射線是以90度入射，其實(shí)際焦斑為正圓形。

圖2-2（西凡A5SMC儀器應(yīng)用）

如圖2-2所示，結(jié)構(gòu)與圖2-1有所差異，準(zhǔn)直器移至反射鏡上方且更靠近樣品，所以其實(shí)際焦斑更小，同時(shí)反射鏡采用穿孔棱鏡，樣品成像更清晰。

這兩種光路結(jié)構(gòu)因?yàn)閄射線入射到樣品的焦斑與攝像頭成像的圓心共點(diǎn)，我們也可稱之為“X射線與可見(jiàn)光共焦點(diǎn)光路“。

兩種垂直光路具體對(duì)比參考下圖。

圖2-3

如上圖2-3所示，兩者均為垂直光路，且使用的準(zhǔn)直器均為Φ2.0毫米，但兩者準(zhǔn)直器的位置不同，X 射線照射到樣品上的實(shí)際焦斑大小分別是Φ3.0毫米和Φ2.4毫米。原因如下圖2-4所示，準(zhǔn)直器越靠近樣品，則X射線激發(fā)到樣品的焦斑直徑越小；同一高度位置的準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器孔徑越小，則實(shí)際焦斑越??；X射線管靶材焦點(diǎn)越小，則實(shí)際焦斑越小。

圖2-4

介紹完光路，那談?wù)劄槭裁创怪惫饴犯鼉?yōu)，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

A．核心在于實(shí)際焦斑的正圓，而不是45度角形成的橢圓焦斑。

B．檢測(cè)有凹面的樣品時(shí)，其檢測(cè)點(diǎn)與圖像中心點(diǎn)一致。

C．對(duì)于小樣品（如鑲嵌珠寶或者細(xì)鏈子）的鍍層厚度檢測(cè)，45度入射光路無(wú)法使用。

目前圖2-1光路的使用較少，西凡儀器的代A5S/S5/S6以及*立儀器的某些型號(hào)使用該光路。

圖2-2光路是目前國(guó)際主流X射線能量色散光譜儀光路，如西凡儀器的A5S/S5/S6系列產(chǎn)品，A7等。

其他廠家的光路雖采用類(lèi)似垂直光路的方案，但設(shè)計(jì)存在差異，如斯*克、Fis****、日*、島*等。值得一提的是美國(guó)伯*儀器采用攝像頭電機(jī)拖動(dòng)的方法避開(kāi)了復(fù)雜的光學(xué)設(shè)計(jì)?？偠灾摴饴吩谥?/span>高級(jí)產(chǎn)品上廣泛應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)更小實(shí)際焦斑的解決方案。

不同光路的總結(jié)對(duì)比，如下表：

實(shí)際光路的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，需要考慮到各部件的干涉、濾光片的選擇、二次激發(fā)干擾、計(jì)數(shù)率、管電流、儀器整機(jī)分辨率和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的平衡等因素。

從長(zhǎng)期來(lái)看，盡管45度入射光路仍會(huì)應(yīng)用于低端產(chǎn)品，但大趨勢(shì)必然是轉(zhuǎn)向共焦點(diǎn)光路的設(shè)計(jì)方案，而中高級(jí)產(chǎn)品必然向著追求更小實(shí)際焦斑的垂直光路方向去不斷優(yōu)化。