XRF篩選方法若干問題

1．方法的范圍、應用及概述

　　這個方法是用來對電子電氣產品基本材料中鉛、鎘、汞、鉻、溴的篩選分析，一般來說XRF的測試結果是上述元素的總含量，而不能分辨元素的不同價態及不同化合物形態。因此六價鉻、多溴聯苯和多溴二苯醚的實際含量需要用詳細化學分析方法來進行確認。

　　XRF是一種通過比較來進行定量的儀器，因此它的表現依賴于校準方法（校準曲線）的質量，即依賴于選擇的校準物質和選擇的儀器響應模式。XRF分析易受基體干擾（吸收和加強）和光譜干擾。并不是所有類型的XRF都能夠適用于各種大小及形狀的樣品。

　　有一種通用的校準方法，即基本參數校準法（FP）。FP法是指用純的元素、純的化合物或極少數的具有一定基體組成的校準物質來進行校準的方法。對于所有的XRF校準方法，如果校準物質的組成越接近樣品，測試的準確度就越高。

　　有一種經驗校準方法，即使用校準物質，并通過運算方法來校正基體及光譜產生的干擾（校正系數）。但是這種方法要求校準物質的元素組成和樣品一致。如果校準物質中缺少某一可能產生干擾的元素，而樣品中又含有該元素，測試結果可能導致很大的偏差。由于現有的校準物質數量有限，因此在一個方法中既解決所有可能的基體干擾和光譜干擾，又保持好的的準確度，是一件非常復雜或者可以說是不可能的任務。

　　對于有涂層的材料和多個涂層結構的材料，事先不知道涂層的結構是很難獲得準確結果的，因為校準模式的選擇主要依賴于樣品中涂層的結構。對于一種涂層或涂層較薄的情況，必須謹慎處理以保證XRF具有足夠的靈敏度可以檢測出涂層中含量很低的物質。

　　XRF篩選分析有以下兩種方式：非破壞性——對獲得的樣品直接進行分析；破壞性——在分析前運用機械的或化學的方法進行樣品前處理。

　　這個測試方法的目的是對不同材料中是否存在限用物質進行篩選。這個方法提供的是一種通常被稱為半定量的測試手段，那就是說，結果的相對不確定度一般在30％或更好，此時的置信度為68％。根據用戶自己的需要，一些用戶還可以接受更高的不確定度，通過這種半定量的測試可以令用戶篩選出需要進行詳細分析的材料。這種測試的主要目的是為風險管理提供信息。

　　2．取樣

　　2.1對于非破壞方式：操作者應該將樣品放在儀器合適的位置上，即要保證待測試部分位置準確，又要保證其它非測試部分不會被檢測。操作者必須保證待測試部分和儀器之間距離和幾何位置的可重現性。操作者必須考慮待測試部分盡可能具有規則外形，如面積、表面粗糙度、已知的物理結構等。如果需要從大的物體中獲得待測試部分，操作者需要將取樣步驟以文字形式記錄下來。

　　2.2對于破壞方式：操作者需將整個取樣的方法和過程以文字形式記錄下來，因為這樣做對后續正確的解釋測試結果很重要。如果要將待測試部分制成粉末，要保證測試點的粒徑大小可知或可控；為了防止顆粒有不同的化學、形態或礦物組成，粒徑必須盡可能的小以降低差量吸收效應。如果要將材料溶解到液體基體中，要記錄被溶解材料的質量和物理特征；終溶液要*均勻，對不溶部分是如何處理的必須說明，以保證合理的解釋終測試結果；還要說明如何可重現的將待測試溶液引入儀器進行測試，例如使用一個容積和結構一定的液體池。如果要將材料和固體基體混合，要記錄該材料的質量和物理特征；終固體（熔融狀態或壓緊的小球）必須均勻一致；對不能混合的部分是如何處理的必須說明，以保證合理的解釋終測試結果。

　　3．測試過程 測試過程包括儀器的準備、待測試樣品的制備上機以及進行校準，必須有相應的操作說明。還要注意所使用儀器的局限性，例如有些型號的儀器對面積非常小或厚度較薄的樣品不能檢測或是不能準確定量，對這種情況就要求操作者小心處理并要詳細記錄，以保證合理的解釋測試結果。測試前需要對儀器進行優化，儀器性能的確認：每種分析物的靈敏度、光譜分辨率、檢出限、適用的面積大小、樣品制備及測試的可重現性、校準方法的準確性。靈敏度是區別不同儀器的性能和確保采用的校準是否有意義的重要指標；光譜分辨率是確保數據收集和校準時被分析物和干擾譜線能被正確的區分并處理的重要指標；檢出限即為三倍空白重復測試的標準偏差（不少于7次測量，置信區間為95％）；適用的面積大小決定了實際的待測試部分是什么；樣品制備及測試的可重現性是證明測試方法可控的一個重要參數。

　　4．基體效應和譜線干擾 由于電子電氣產品的多樣性和材料、元器件的復雜性，X射線熒光光譜法快速篩選電子電氣產品中限制使用物質鉛、汞、鉻、鎘和溴不可避免地收到材料中各種基體的影響和材料中包括分析元素在內的其它多種元素譜線重疊的光譜干擾。分析元素特征譜線的干擾主要來自譜線的吸收效應和增強效應。

　　4.1各種材料基體的影響 分析元素特征譜線的基體影響主要來自譜線的吸收效應和增強效應。

　　4.1.1聚合物材料 分析元素特征譜線受有機高分子基體產生譜線背景的嚴重影響；PVC材料中的Cl元素，添加劑中的Ca、Ti、Sn等元素，阻燃劑中的Br和Sb等元素對分析元素特征譜線的熒光強度有吸收效應；樣品中的Sb、Sn和Br等元素對分析元素特征譜線的熒光強度也有二次增強效應；對于大功率（>500W）的波長色散的X射線熒光光譜儀（WDXRF），聚合物材料的樣品表面可能因長時間使用高功率的X射線光源照射而使表面變黑，影響測試結果的準確性，建議每次測定時使用新制備的測試樣品。

　　4.1.2金屬材料 不同的金屬基體對分析元素特征譜線產生不同的吸收效應和二次激發效應，如：

　　鐵合金：Fe、Cr、Ni、Nb、Mo、W等；

　　鋁合金：Al、Mg、Si、Cu、Zn等；

　　銅合金：Cu、Zn、Sn、Pb、Mn、NiCo等；

　　鉛錫合金：Pb、Cu、Zn、Sn、Sb、Bi、Ag等；

　　鋅合金：Zn、Al等；

　　貴金屬合金：Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Cu、Zn等；

　　其它金屬基體：Ti、Mg等。

　　電子元器件和印刷線路板材料可參照金屬材料和聚合物材料的影響因素。

　　4.2 重疊譜線的光譜干擾 分析元素特征譜線存在相互間譜線重疊干擾，以及來自樣品中其它元素的譜線重疊干擾。

　　Cd的干擾元素可能有Br、Pb、Sn、Ag和Sb；

　　Pb的干擾元素可能有Br、As、Bi；

　　Hg的干擾元素可能有Br、Pb、Bi、Au、高含量的Ca和Fe；

　　Cr的干擾元素可能有Cl；

　　Br的干擾元素可能有Fe和Pb。

　　4.3 基體效應對分析元素檢出限的影響 以聚合物材料中待分析元素Pb和Cd為例：若純聚合物材料中Cd的檢出限為A，由于受基體效應的影響，當聚合物材料中含有≥2%的Sb，但不含Br時，此時Cd的檢出限為A~2A之間；當聚合物材料中含有≥2%的Br，但不含Sb時，此時Cd的檢出限為≥2A。若純聚合物材料中Pb的檢出限為B，由于受基體效應的影響，當聚合物材料中含有≥2%的Sb，但不含Br時，此時Pb的檢出限為~2B；當聚合物材料中含有≥2%的Br，但不含Sb時，此時Cd的檢出限為≥3B。

　　5．結果的解釋 根據歐盟RoHS指令要求，電子電氣產品中限用物質鉛、汞、鉻、鎘和溴的*是，鉛，汞，六價鉻，多溴二苯醚（PBDE）或多溴聯苯（PBB）小于、等于1000mg/kg，鎘小于等于100mg/kg。XRF適用于電子電氣產品中限用物質鉛、汞、鉻、鎘和溴的快速篩選，即半定量分析，這樣分析方式對測試結果的要求是在68%的置信度條件下允許結果誤差為30%，對基體復雜的樣品（如小的電子元器件等）其誤差范圍要求更寬，可以達到50%。