基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析

楊葉坤（滁州市技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)中心，安徽　滁州　239000）

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基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析

楊葉坤（滁州市技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)中心，安徽滁州239000）

RoHS指令主要用于限制鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價(jià)鉻（Cr6+）、多溴聯(lián)苯（PBB）及多溴二苯醚（PBDE）這六種有毒物質(zhì)。目前，RoHS認(rèn)證指令在電子電器、質(zhì)量檢測(cè)以及環(huán)保等眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。X熒光分析技術(shù)由于速度快、成本低、破壞性小等，現(xiàn)已成為檢測(cè)控制有害元素含量的重要方法，在RoHS檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。本文主要對(duì)基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。本文首先對(duì)RoHS質(zhì)量進(jìn)行概述，在此基礎(chǔ)上，基于德國(guó)斯派克MIDEX能量散射X射線熒光光譜儀，對(duì)其技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。

RoHS認(rèn)證；X熒光分析；技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1　前言

近年來，我國(guó)電子產(chǎn)品、家用電器、計(jì)算機(jī)相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用極為廣泛，但隨之而來的電子產(chǎn)品及電氣設(shè)備報(bào)廢問題極為嚴(yán)重，給環(huán)境造成極大危害?，F(xiàn)今，在電子電氣設(shè)備中限制使用包括鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價(jià)鉻（Cr6+）等在內(nèi)的有毒物質(zhì)已成為各國(guó)保護(hù)環(huán)境的重要舉措，并做出了強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范，要求電子電器設(shè)備的制造商、零售商等對(duì)廢棄的電子品做出環(huán)保處理。RoHS認(rèn)證指令主要用于限制鉛 （Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價(jià)鉻（Cr6+）、多溴聯(lián)苯（PBB）及多溴二苯醚（PBDE）這六種有毒物質(zhì)，是由歐盟頒發(fā)，主要針對(duì)大、小型家用電器，包括冰箱、洗衣機(jī)、鐘表等，同時(shí)也針對(duì)信息技術(shù)以及遠(yuǎn)程通訊設(shè)備、用戶設(shè)備、照明設(shè)備、電氣電子工具以及玩具、運(yùn)動(dòng)設(shè)備等。基于RoHS認(rèn)證的手段中，X熒光分析技術(shù)速度快、成本低、破壞性小等，應(yīng)用最為廣泛。為有效實(shí)現(xiàn)基于RoHS認(rèn)證，本文對(duì)基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。希望通過本文分析，為相關(guān)人員進(jìn)行RoHS指令認(rèn)證提供借鑒與參考。

2　基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1RoHS指令概述

RoHS認(rèn)證指令主要用于限制鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價(jià)鉻（Cr6+）、多溴聯(lián)苯（PBB）及多溴二苯醚（PBDE）這六種有毒物質(zhì)，是由歐盟頒發(fā)，用于限制進(jìn)入歐洲市場(chǎng)的電子電氣產(chǎn)品中含有這6中有害物質(zhì)，也被稱為《關(guān)于電子電氣設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令》。RoHS指令頒布主要有三個(gè)作用，即：構(gòu)建技術(shù)壁壘，提高產(chǎn)品的準(zhǔn)入門檻；增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，確保經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展；對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一、規(guī)范。如表1所示，為RoHS中6種有害物質(zhì)的限量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

如圖1所示，為RoHS指令成分檢測(cè)的流程圖。由圖可知，對(duì)于RoHS檢測(cè)，首先需要用能量散射X射線熒光光譜進(jìn)行分析。對(duì)于X射線熒光光譜的樣品，制作簡(jiǎn)單，并對(duì)多元素分析速度快且沒有破壞性，并可以對(duì)多種種類的樣品基質(zhì)進(jìn)行快速篩選，樣品基質(zhì)可以有液體、固體、泥漿、薄膜、空氣過濾物、粉末等。

表1　RoHS的限量標(biāo)準(zhǔn)

圖1　R oHS指令成分檢測(cè)流程圖

基于X熒光法測(cè)定指的是篩選檢驗(yàn)。對(duì)于很多均勻材料，譬如玻璃、合金、塑料等，可以實(shí)現(xiàn)在對(duì)樣品沒有破壞的前提下，完成對(duì)樣品的篩選檢驗(yàn)；但對(duì)于復(fù)雜樣品，譬如填充印刷電路板，則需要首先利用機(jī)械方式進(jìn)行樣品制備，然后才可以進(jìn)行樣品的篩選檢驗(yàn)。對(duì)于基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)，IEC（國(guó)際電子委員會(huì)）提出了相應(yīng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

通常情況下，基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)會(huì)將樣品灰分成三個(gè)區(qū)域，即：白色區(qū)域，表示合格；黑色區(qū)域，代表不合格；灰色區(qū)域則表示待定。對(duì)于灰色區(qū)域的樣品，需要進(jìn)行進(jìn)一步的檢測(cè)，不同成分在進(jìn)行分析時(shí)，需要采用不同的分析方法。

通常情況下的X射線熒光能譜儀，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物質(zhì)進(jìn)行直接鑒別，但樣品濃度范圍需要在100～1000ppm左右。但對(duì)于尺寸較大的物體，可以首先采用X射線熒光能譜儀設(shè)備進(jìn)行篩選，然后用臺(tái)式設(shè)備對(duì)難以確定的樣品進(jìn)行更加精確的測(cè)試。德國(guó)斯派克公司生產(chǎn)的MIDEX設(shè)備作為最新推出的第三代專利產(chǎn)品，不僅可對(duì)樣品的微小區(qū)域進(jìn)行快速無損的檢定，還可對(duì)超大樣品的表面（面積可達(dá)EC標(biāo)準(zhǔn)線路板規(guī)格的2倍，233×160mm）進(jìn)行元素分布分析。

對(duì)于MIDEX設(shè)備來講，便攜式設(shè)備檢測(cè)誤差濃度1000ppm范圍的30%，對(duì)于違禁物質(zhì)，其檢測(cè)結(jié)果在700ppm以下，則認(rèn)為是合格；對(duì)于超過1300ppm，便可以確認(rèn)為不合格，對(duì)于700～1300ppm，則看做是待定。對(duì)于臺(tái)式設(shè)備，其誤差為5%，對(duì)于濃度值為1050ppm以下的產(chǎn)品則可以看做是合格品。

X熒光分析技術(shù)具有速度快，精度高，且無需復(fù)雜制樣，測(cè)量成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在對(duì)有害元素，譬如鉛、汞等進(jìn)行檢測(cè)以及控制。然而不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及生產(chǎn)階段，在具體使用X熒光分析技術(shù)時(shí)，要結(jié)合其特點(diǎn)，進(jìn)行合理選擇。

通常來說，為了確保最終目標(biāo)可靠，相對(duì)于下游產(chǎn)品，上游產(chǎn)品的控制指標(biāo)必須更加準(zhǔn)確與合理。綜合分析控制理論、生產(chǎn)過程控制要求、X熒光分析技術(shù)特點(diǎn)、儀器成本等，基于RoHS認(rèn)證的X熒光技術(shù)的分析方案可以設(shè)置成：

（1）選擇方案：德國(guó)斯派克公司生產(chǎn)的MIDEX能量散X射線熒光光譜儀；應(yīng)用方案：通過對(duì)進(jìn)出廠原料及產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)與控制，并為下游生產(chǎn)商提供具體數(shù)據(jù)。

（2）部件生產(chǎn)商：對(duì)于規(guī)模較大、產(chǎn)品種類多的企業(yè)，可以利用波長(zhǎng)散射Si-PIN型能量散射；對(duì)于中小規(guī)模，則可以選用SDD型能量散射。在應(yīng)用過程中，對(duì)于大規(guī)模企業(yè)，波長(zhǎng)散射儀器要對(duì)進(jìn)廠原料進(jìn)行檢測(cè)，并基于Si-PIN檢測(cè)器，對(duì)出廠產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于中小規(guī)模企業(yè)，其進(jìn)廠原料以及出廠產(chǎn)品都利用SDD檢測(cè)器檢測(cè)。

（3）對(duì)于最終成品生產(chǎn)商，對(duì)于規(guī)模較大、產(chǎn)品種類較多的企業(yè)，選用SDD檢測(cè)儀器；對(duì)于規(guī)模較小、產(chǎn)品簡(jiǎn)單的企業(yè)，選用Si-PIN檢測(cè)器。

上述方案并非一層不變的。對(duì)于不同的產(chǎn)品類型，儀器的選擇也會(huì)存在很大的區(qū)別。因此在進(jìn)行具體的方案配置時(shí)，必須與專業(yè)人員仔細(xì)探討。

2.3基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)特點(diǎn)

通過對(duì)現(xiàn)階段市場(chǎng)上出現(xiàn)的基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析儀都具有以下五個(gè)特點(diǎn)，即：

（1）主要基于能量散射方式實(shí)現(xiàn)。

（2）X熒光分析儀體積小、重量輕，利于攜帶。關(guān)于X熒光分析儀有臺(tái)式與便攜式兩種，其中最大的臺(tái)式儀大小為630m×440m×380m，質(zhì)量在40～60kg。

（3）多數(shù)X熒光分析儀利用高性能Si-PIN檢測(cè)器或者是利用SDD（硅漂移）檢測(cè)器，并配備電子制冷器，因此可以實(shí)現(xiàn)在無液氮條件下對(duì)器件冷卻。相對(duì)于Si-PIN檢測(cè)器來講，SDD檢測(cè)器具有更高的靈敏度以及精度。

（4）功率較小，耗電量也較小，一般僅需要幾十瓦左右。

（5）既可以用于 RoHS分析，測(cè)定鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價(jià)鉻（Cr6+）等，還可以對(duì)日常的金屬、合金、土壤元素進(jìn)行檢測(cè)。

本文選用的能量散射X射線熒光光譜儀為德國(guó)斯派克公司生產(chǎn)的MIDEX，其既具有一般X熒光分析技術(shù)的特點(diǎn)，此外，多功能X射線熒光光譜儀適合于電子電氣產(chǎn)品微小樣品以及微小區(qū)域以及整機(jī)的元素分析，分析樣品的形態(tài)可以為固體或者液體，分析過程對(duì)樣品沒有損害。樣品室有易于調(diào)節(jié)的樣品臺(tái)，通過20倍率變焦攝像系統(tǒng)和激光指位系統(tǒng)，可準(zhǔn)確的確定測(cè)量位置。測(cè)量點(diǎn)直徑最小為1.0mm。樣品的測(cè)試精度為0.1%?？稍?min內(nèi)完成從鈉到鈾的數(shù)十種元素的分析。對(duì)于MIDEX能量散射X射線熒光光譜儀適用于檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，海關(guān)商檢，電子電氣元件的分析等等。

3　結(jié)論

本文主要針對(duì)基于RoHS認(rèn)證的X熒光分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析。RoHS認(rèn)證指令主要用于限制鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、六價(jià)鉻（Cr6+）、多溴聯(lián)苯（PBB）及多溴二苯醚（PBDE）這六種有毒物質(zhì)，是由歐盟頒發(fā)。本文首先對(duì)RoHS進(jìn)行概述，在此基礎(chǔ)上，基于德國(guó)斯派克MIDEX能量散射X射線熒光光譜儀，對(duì)其技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分析，并對(duì)能量散射X射線熒光光譜儀的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

［1］符 斌.X射線熒光光譜儀器在RoHS分析上的應(yīng)用［C］.北京光譜學(xué)術(shù)年會(huì).2009.

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2016-6-22

O434.19

A

2095-2066（2016）19-0272-02