基于RoHS認證的X熒光分析技術實驗研究

RoHS指令(《電氣、電子設備中限制使用某些有害物質指令》)規定輸往歐洲的電子產品及其組件均需對六種有毒成份:鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、六價鉻(Cr6+)、多溴聯苯(PBBs)、多溴二苯醚(PBDEs)等有害物質加以限制。近幾年該指令已在電子電器、質量檢測、環保等相關行業廣泛實施應用。在多種RoHS認證的檢測手段中,便攜式XRF技術提供了一種快速的、低成本的、非破壞性的現場篩選、檢測和控制有害元素含量的方法手段,已被廣泛應用于RoHS檢測、環境調查和商業檢測等部門。作為一種快速分析手段,在實際生產生活中有著很大的實用價值。本文是從實際應用的角度出發,通過調研分析RoHS指令的新進展,使用IED-2000P型能量色散X熒光儀分別分析配置的粉末樣品、壓制的樣片及選用生活中常用的實物樣品中的Br、Hg、Pb、Cr和Cd等五種元素,旨在驗證XRF技術在基于RoHS認證的電子電器行業中的實用性和有效性。為了突出其實用性,考慮到同位素源的使用和存放受到一些法規的限制,不利于應用于普通生產行業,本文以低功率X射線管作為X射線熒光儀的激發源。理論與實踐表明:采用W靶能有效地提高目標元素Cr的特征X射線激發效率;采用Ag靶能有效地提高目標元素Pb、Hg、Br的特征X射線激發效率。但是由于Ag的Kβ特征譜線淹沒了Cd元素的Kα系譜峰,采用Ag靶不能夠有效地測量Cd元素含量。在低功率X射線管激發的測量條件下,通過大量實驗得出了手提式X射線熒光儀光管、探測器和樣品間的最佳測量幾何布置:在保證樣品位置固定不變的前提下,設定X光管與樣品的夾角α=57°,探測器與樣品的夾角β=63.5°,X光管出射窗到樣品的距離a=11mm,探測器窗口到樣品中心的距離b=12mm。采用Pb準直器準直,準直孔直徑約為1mm。對吸收限小于Ag靶吸收限的元素測量時,將電壓V(kV)調到1.5倍的待測元素吸收限的值,能取得比較高的激發效率。依據有害物質存在的高風險區域,配置不同基體物質的樣品,對于粉末樣品及其壓制成的樣片,根據最小二乘法,使用標準曲線對其進行XRF方法實踐,建立不同基體物質中Cr、Pb、Hg、Br、Cd元素的標準工作曲線,通過分析數據得到判定樣品合格的參考標準和相對誤差,驗證了XRF技術在RoHS標準中應用的有效性。粉末樣品顆粒間空隙大,表面平整度不夠,為了使實踐測試效果更接近于實際情況,本文采用國內普遍采用的硼酸鑲邊-襯底技術,選用部分粉末樣品,使用壓樣機壓制成樣片,通過調研計算,保證其達到飽和度。通過測量結果的比較分析,討論不平度效應的影響。通過實驗,用X射線管做激發源測量樣品并分析測量數據可以為實際應用提供參考。聚乙烯基體Cr、Br元素粉末樣品中,Cr的平均誤差為16.20%,Br的平均誤差為12.39%;聚乙烯基體Hg、Br元素粉末樣品中,Hg的平均誤差為20.54%,Br的平均誤差為17.47%;二氧化硅基體Cr、Hg元素粉末樣品中,Cr的平均誤差為8.77%,Hg的平均誤差為36.09%;錫基體Pb、Br元素粉末樣品中,Pb的平均誤差為37.74%,Br的平均誤差為37.61%;碳酸鈣基體Br、Cd元素粉末樣品中,Br的平均誤差為5.33%,無法測得Cd的含量;銅基體Cr、Pb元素粉末樣品中,Cr的平均誤差為15.27%,Pb的平均誤差為27.51%;錫基體中Pb、Br元素樣片中,Pb的平均誤差為9.15%,Br的平均誤差為10.53%;聚乙烯基體Hg、Br元素樣片中,Hg的平均誤差為12.61%,Br的平均誤差為7.08%;碳酸鈣基體Br、Cd元素樣片中, Br的平均誤差為4.28%。本文選用生活中比較有代表性的電子電器類產品或部件進行實物測量,針對可能含有的目標元素調整測量條件,得到不同實物樣品的測量譜線,對譜線進行分析,確定目標元素譜峰,以基體物質相似的樣片作為標樣進行相對含量分析,判斷有害物質是否超標。由于一些實物的表面不平整,及所用標樣不夠規范,測量結果的可靠性不能保證,但這是對實際應用很好的探索性實踐。另外,樣品的不均勻性對結果影響很大,尤其在光管的測量中,因為光管擊發裝置的特殊性,使得不均勻效應對測量的計數影響很大,可以采取購買一些國家標樣的方式來減小由于這些原因產生的誤差;低功率X射線管作為激發源,由于其發射的是連續的X射線能譜,會影響能量色散X射線熒光分析,在實際測量中可采用濾光片或二次靶來改善譜峰的峰背比,提高測量精度。最后,通過整個畢業課題的調研實踐過程,以及實驗結果的比較分析,得出的結論是,應用便攜式X熒光分析儀進行基于RoHS指令的篩選檢測工作是可行的也是可靠的,具有攜帶方便、快速測量等特點。