Espectrômetro de raios X de energia dispersiva: princípio, desempenho e aplicação em testes RoHS

Sumário
Este artigo se concentra na LISUN Espectrômetros de raios X dispersivos de energia da série EDX-2, expondo sistematicamente seu princípio de detecção com base nos raios X característicos dos elementos, analisando as diferenças de desempenho dos equipamentos por meio da comparação de parâmetros de modelos específicos e adotando os testes de RoHS como cenário de aplicação central para ilustrar seu valor prático na triagem de substâncias perigosas em produtos elétricos e eletrônicos. A pesquisa demonstra que, com base nas vantagens de alta resolução, adaptabilidade a múltiplos cenários e operação automática, esta série de espectrômetros de raios X pode realizar análises elementares com uma faixa de conteúdo de 2 ppm a 99.99%, atendendo a diversas necessidades, como testes de RoHS, detecção de composição de ligas e medição de espessura de revestimentos, além de fornecer suporte técnico confiável para o controle de qualidade industrial.

1. Introdução
Com o desenvolvimento global da indústria elétrica e eletrônica, os requisitos de segurança dos materiais dos produtos e de conformidade ambiental tornaram-se cada vez mais rigorosos. Por exemplo, a Diretiva RoHS da UE restringe elementos perigosos como chumbo, mercúrio e cádmio, o que impulsionou a inovação de tecnologias eficientes de detecção elementar. Como equipamento de ensaio não destrutivo, o espectrômetro de raios X tornou-se uma ferramenta essencial para a análise elementar no setor industrial devido às suas vantagens de ausência de pré-tratamento da amostra, alta velocidade de detecção e alta precisão. Os espectrômetros de raios X de energia dispersiva da série EDX-2, desenvolvidos pela LISUN O grupo abrange vários modelos, incluindo EDX-2A, EDX-2AC e EDX-2AB. Integram três funções: testes RoHS, análise de ligas e medição de espessura de revestimento, e podem ser amplamente utilizados em áreas como componentes eletrônicos, materiais metálicos e produtos plásticos. Seus princípios técnicos e desempenho são de grande importância para o controle de qualidade industrial.

2. Princípio de detecção dos espectrômetros de raios X da série EDX-2
A lógica de detecção central dos Espectrômetros de Raios X por Dispersão de Energia da Série EDX-2 baseia-se nas diferenças de comprimento de onda e intensidade dos raios X característicos dos elementos, realizando a detecção qualitativa e quantitativa dos elementos por meio de três etapas: "excitação - detecção - análise". O processo específico é o seguinte:

2.1 Excitação de raios X característicos
O equipamento possui um tubo de raios X integrado. Sob condições de operação com tensão de tubo de 50 kV e corrente de tubo de 600 uA (parâmetros ajustáveis ​​automaticamente), ele emite raios X primários de alta energia para a amostra a ser testada. Quando os raios X primários penetram na camada superficial da amostra, eles interagem com os elétrons da camada interna dos átomos da amostra, expulsando-os da órbita atômica e colocando os átomos em um estado excitado instável.

2.2 Geração e detecção de raios X característicos
Para retornar a um estado estável, os elétrons da camada externa do átomo transitam para a órbita vazia da camada interna. Durante o processo de transição, uma diferença de energia é liberada, e essa energia é irradiada na forma de raios X com um comprimento de onda específico, denominados "raios X característicos dos elementos". Elementos diferentes possuem números atômicos diferentes, e há diferenças inerentes nos níveis de energia das órbitas dos elétrons. Portanto, os comprimentos de onda dos raios X característicos emitidos também são únicos – esta é a base fundamental para o equipamento realizar a análise elementar qualitativa.

Posteriormente, os raios X característicos são recebidos pelo detector (o EDX-2A utiliza um detector de pinos Si, e modelos como o EDX-2AC usa um detector SDD de altíssima precisão. O detector converte o sinal de raios X em um sinal elétrico, que é então convertido em dados espectrais reconhecíveis pelo sistema de processamento de sinal para formar um diagrama de espectro elementar com "comprimento de onda – intensidade" como coordenada.

2.3 Análise quantitativa do conteúdo elementar
Sob as mesmas condições de detecção, o conteúdo de um determinado elemento na amostra é positivamente correlacionado com a intensidade de seus raios X característicos – quanto maior o conteúdo, maior a transição de elétrons e maior a intensidade dos raios X característicos emitidos. Comparando a intensidade das linhas espectrais elementares da amostra a ser testada com a da amostra padrão com concentração conhecida (como a amostra padrão da UE fornecida com a Série EDX-2) e corrigindo os fatores de influência, como efeito de matriz e interferência de fundo, com algoritmos de software, o equipamento finalmente calcula o conteúdo preciso de cada elemento na amostra a ser testada, realizando uma análise quantitativa. Sua faixa de análise de conteúdo pode cobrir de 2 ppm a 99.99%, atendendo às necessidades de detecção de traços e elementos maiores.

3. Parâmetros do modelo e comparação de desempenho dos espectrômetros de raios X da série EDX-2
Os espectrômetros de raios X da série EDX-2 são projetados com 5 modelos principais para diferentes cenários de aplicação. Há diferenças no projeto estrutural, no tipo de detector e na eficiência de detecção entre os vários modelos. A comparação de parâmetros específicos é mostrada na tabela a seguir:

Parâmetros de Especificação	EDX-2A (Desktop sem vácuo)	EDX-2AC (Área de Trabalho a Vácuo)	EDX-2AB (Desktop sem vácuo)	EDX-2ABC (Vácuo Desktop)	EDX-2T (vácuo de mesa)
Peso do Equipamento	50Kg	55Kg	50Kg	55Kg	55Kg
Tempo de detecção	200s	100s	200s	100s	100s
Tamanho da câmara de amostra	610 × 320 × 100 mm (C × L × A)	Sem vácuo: 510×310×120 mm   Vácuo: Ф100×70mm	610 × 320 × 100 mm (C × L × A)	Sem vácuo: 510×310×120 mm   Vácuo: Ф100×70mm	Sem vácuo: 510×310×120 mm   Vácuo: Ф100×70mm
Ambiente de teste	Atmosfera	Vácuo	Atmosfera	Vácuo	Vácuo
Tipo de Detector	Pino Si	SDD	Pino Si	SDD	SDD
Resolução	149eV	129eV	149eV	129eV	129eV
Tensão/Corrente do Tubo de Saída	50KV/600uA (Ajuste automático)	50KV/600uA (Ajuste automático)	50KV/600uA (Ajuste automático)	50KV/600uA (Ajuste automático)	50KV/600uA (Ajuste automático)
Tipos de amostras testadas	Sólido, Líquido, Pó	Sem vácuo: Sólido, Líquido, Pó   Vácuo: Sólido	Sólido, Líquido, Pó	Sem vácuo: Sólido, Líquido, Pó   Vácuo: Sólido	Sem vácuo: Sólido, Líquido, Pó   Vácuo: Sólido
Intervalo de análise de conteúdo	2 ppm – 99.99%	2 ppm – 99.99%	2 ppm – 99.99%	2 ppm – 99.99%	2 ppm – 99.99%
Aplicativos principais	Teste RoHS	Teste RoHS, Teste de Revestimento	Teste RoHS, Análise de Ligas	Teste RoHS, Análise de Ligas, Teste de Revestimento	Teste RoHS, Análise de Ligas, Teste de Revestimento
Faixa de elementos para testes de ligas	Não testável	16-S (Enxofre) para 92-U (Urânio)	16-S (Enxofre) para 92-U (Urânio)	16-S (Enxofre) para 92-U (Urânio)	11-Na (Sódio) para 92-U (Urânio)

A comparação de parâmetros demonstra que as diferenças de desempenho dos espectrômetros de raios X da série EDX-2 se refletem principalmente em três aspectos: primeiro, a adaptabilidade ao ambiente de vácuo. EDX-2AC, EDX-2ABC e EDX-2T suportam testes de vácuo, o que pode reduzir a absorção de raios X característicos de elementos leves (como sódio e magnésio) pelo ar e expandir a faixa de elementos da análise de ligas. Em segundo lugar, a precisão do detector. A resolução do detector SDD (como o EDX-2AC) é 129 eV, superior ao detector de pinos de Si (149 eV). Ele pode distinguir com mais precisão as linhas espectrais elementares com comprimentos de onda adjacentes e reduzir erros de detecção. Terceiro, integração de funções. O modelo básico EDX-2A suporta apenas testes RoHS, enquanto o EDX-2ABC e EDX-2T integram funções de análise de liga e medição de espessura de revestimento ao mesmo tempo, adaptando-se a cenários industriais mais complexos.

4. Aplicação de espectrômetros de raios X da série EDX-2 em testes RoHS
4.1 Requisitos da Diretiva RoHS e Padrões de Teste
A Diretiva RoHS é uma norma de proteção ambiental para produtos elétricos e eletrônicos formulada pela UE. A versão atual é 2011/65/UE (RoHS 2.0). Em comparação com a versão original (2002/95/EC), seu escopo de controle foi expandido para dispositivos médicos e equipamentos de monitoramento, e os fabricantes são obrigados a manter documentos técnicos e declarações de conformidade CE por pelo menos 10 anos. Esta diretiva limita o conteúdo de 6 substâncias perigosas, com requisitos específicos como segue: Mercúrio (Hg) ≤ 1000ppm, Cromo Hexavalente (CrVI) ≤ 1000ppm, Cádmio (Cd) ≤ 100ppm, Chumbo (Pb) ≤ 1000ppm, Bifenilos Polibromados (PBBs) ≤ 1000ppm, Éteres Difenílicos Polibromados (PBDEs) ≤ 1000ppm.
A norma correspondente na China é a "Métodos de Teste para Substâncias Tóxicas e Perigosas em Produtos Eletrônicos de Informação" (SJ/T 11365-2006), que designa claramente a espectrometria de fluorescência de raios X (XRF) como um método de triagem rápida para elementos perigosos da RoHS. Os espectrômetros de raios X da série EDX-2 foram desenvolvidos com base neste método e podem atender diretamente aos requisitos de teste da norma.

4.2 Vantagens da série EDX-2 em testes RoHS
Como equipamento profissional de teste RoHS, os espectrômetros de raios X da série EDX-2 têm vantagens significativas em eficiência de detecção, conveniência operacional e segurança:
• Rastreio rápido sem pré-tratamento: O tempo de detecção do EDX-2A é de 200 segundos, e os modelos de vácuo (como o EDX-2AC) leva apenas 100 segundos. Não há necessidade de pré-tratamento, como digestão e dissolução da amostra, e amostras em formas sólidas, líquidas e em pó (como invólucros de componentes eletrônicos, partículas plásticas e pasta de solda) podem ser testadas diretamente, o que reduz significativamente o ciclo de detecção.
• Alta resolução e precisão: A resolução dos modelos de detectores SDD (como o EDX-2AC) atinge 129 eV, o que permite identificar com precisão os raios X característicos de elementos perigosos em forma de traços, como o cádmio (Cd). Combinado com as amostras padrão da UE e os certificados de calibração fornecidos, garante que os resultados da detecção atendam aos padrões internacionais e evita erros de julgamento.
• Operação visual e proteção de segurança: O equipamento é equipado com uma câmera de alta definição e um sistema de iluminação na câmara, permitindo que os operadores verifiquem a posição de teste da amostra em tempo real e evitem erros de detecção causados ​​pelo posicionamento incorreto da amostra. Ao mesmo tempo, o equipamento possui funções de proteção contra sobrecorrente e curto-circuito, o que atende aos padrões de segurança industrial e reduz o risco de danos ao equipamento.

4.3 Caso de Teste Prático
Uma empresa de eletrônicos precisava realizar uma triagem de conformidade com RoHS em um lote de componentes plásticos importados e usou o EDX-2A Espectrômetro de raios X para testes:
• Preparação da amostra: Os componentes plásticos foram cortados em pequenos pedaços de 5 cm × 5 cm e colocados diretamente na câmara de amostra (tamanho 610 × 320 × 100 mm) sem outros tratamentos;
• Configuração de parâmetros: O equipamento define automaticamente a tensão do tubo para 50 KV, a corrente do tubo para 600 uA e o tempo de detecção para 200 segundos;
• Resultados da detecção: O equipamento gerou um diagrama de espectro elementar, mostrando que o teor de chumbo (Pb) na amostra era de 850 ppm e o teor de cádmio (Cd) era de 30 ppm, ambos abaixo dos limites da RoHS, sendo considerado em conformidade. Ao mesmo tempo, nenhum outro elemento perigoso, como mercúrio e cromo hexavalente, foi detectado nas linhas espectrais, e um relatório de teste da RoHS foi finalmente emitido.

Este caso mostra que os espectrômetros de raios X da série EDX-2 podem concluir rapidamente a triagem RoHS de componentes eletrônicos, fornecer uma base de conformidade para exportações de produtos de empresas para a UE e evitar riscos comerciais causados ​​por excesso de substâncias perigosas.

5. Outras aplicações principais dos espectrômetros de raios X da série EDX-2
Além dos testes RoHS, os espectrômetros de raios X da série EDX-2 também integram funções de análise de ligas e medição de espessura de revestimento, expandindo os cenários de aplicação do equipamento:
5.1 Análise de ligas
O EDX-2AB, EDX-2AOs modelos BC e EDX-2T suportam a análise de ligas. Entre eles, o EDX-2T pode detectar todos os elementos da tabela periódica, de 11-Na (Sódio) a 92-U (Urânio), sendo adequado para a detecção da composição de materiais como aço inoxidável, ligas de alumínio e metais preciosos (ouro, platina). Por exemplo, na indústria de joias, o EDX-2T pode determinar rapidamente a pureza de joias de ouro (como Au999, Au750) sem danificar a amostra; na indústria de máquinas, ele pode analisar o teor de cromo e níquel no aço inoxidável para avaliar se a resistência à corrosão do material atende aos requisitos de projeto.

5.2 Medição da espessura do revestimento
O EDX-2AC, EDX-2AOs modelos BC e EDX-2T têm a função de medir a espessura do revestimento. Eles calculam o valor absoluto da espessura do revestimento detectando a diferença na intensidade dos raios X característicos entre o revestimento e o material do substrato. Por exemplo, na produção de conectores eletrônicos, a espessura do revestimento de níquel na superfície do substrato de cobre (como 5 μm, 10 μm) pode ser detectada para garantir a condutividade e a resistência ao desgaste do revestimento; na fabricação de peças automotivas, a espessura da camada galvanizada pode ser monitorada para avaliar a resistência à ferrugem das peças.

6. Conclusões 
Com base no princípio de detecção de raios X característicos de elementos, o LISUN Espectrômetros de raios X dispersivos de energia da série EDX-2 Realizam a integração multifuncional de testes RoHS, análise de ligas e medição de espessura de revestimento. Suas características de alta resolução, alta velocidade de detecção e ampla adaptabilidade de amostras os tornam equipamentos importantes para o controle de qualidade industrial. A partir da comparação de parâmetros, diferentes modelos de equipamentos podem atender às necessidades de diferentes cenários – EDX-2A é adequado para triagem básica de RoHS, o EDX-2AO BC é adequado para testes abrangentes em múltiplos cenários, e o EDX-2T apresenta vantagens na análise de elementos leves. As empresas podem escolher o modelo mais adequado de acordo com suas necessidades.

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