前 言
本项目关键技术在于X荧光光谱仪是利用激发和检测元素的特征X射线对物质样品成分（元素或化合物）含量进行定性、定量分析的仪器。目前在工业常规分析领域，X荧光光谱技术是国际上公认的占主导地位的成分分析技术，已广泛应用于钢铁、冶金、地矿、建材、化工、石化、石油、陶瓷等企业，同时也是环保、质检、商检以及有关科研院所和大专院校所必备的基本分析设备。它具有分析元素范围宽、定量分析范围宽、干扰线和干扰因素少、样品制备简单迅速、非破损检验等一系列优点。在很多应用领域是一种不可替代的元素分析手段。
波长色散X荧光光谱分析仪器，已经有几十年的发展历史。首先，我们先要了解一下，目前国内与国外的波长色散X荧光分析仪器的技术发展现状，从而更清楚我们所做的的项目的意义。
A. 国内、国外波长色散X荧光光谱分析仪的技术发展现状
工业部门对产品化学元素分析过去都是靠人工化验的。由于人工化验速度慢效率低，随着工业化大生产的到来，这种人工化验就满足不了生产的需要。因为人工化验一个样品一般需要4—6个小时，而现代化企业生产：如钢铁、水泥等行业，一个小时的产量就是几百吨和上千吨。如果仍靠人工化验，在长达4—6小时的生产过程中，如果配料和工艺出问题，将造成几千吨的产品不合格，给企业造成的经济损失是巨大的。此外，人工化验不仅需要化验人员多，而且化学药品开支也相当大，测量误差也受人员自身因素影响很大。因此，从上个世纪六十年代开始世界工业发达国家相继开始研究制造X荧光光谱仪，到八十年代“波谱”技术已相当成熟。至八十年代末期，西方工业发达国家，已经将X荧光光谱仪（波谱）普及到各需要分析化验产品的企业。
下面将介绍一下在国内和国外在X荧光分析技术发展现状。
1、 国外波长色散X荧光分析仪器发展现状
在国外美、英、德、荷、日等国在这一技术领域一直处于领先地位，其技术发展有以下几个特点：
①、 随着计算机技术水平与半导体技术的发展，波长色散的仪器的体积越来越小，结构越来越紧凑；环境要求条件有所降低。
②、 1995年以后随着4KW以上大功率X荧光光管的出现，国外产品从发展多道X荧光分析仪器转变为发展单道扫描型仪器。这使得设备的适应范围更宽，但同时增加了样品的检测时间，与固定多道设备相比，其单位时间内的检测精度有所下降。但这样的设计在国外的产品中，可以降低设备的生产、调试成本，非常适合国外高人工成本的生产制造模式。
③、 国外固定道波长色散X荧光分析仪器，目前仍然有少数企业生产（例如：牛津以及日本理学生产的多道X荧光分析仪器），其造价要比上述大功率扫描道的仪器高很多，其市面售价在一百多到两百多万元人民币左右，如果所增加的测试元素道越多，器造价将远远超过固定道的设备，许多X荧光厂家已经不再做小型多道X荧光分析仪器。其生产的产品基本上是通用型、扫描型设备，设备的应用范围很广，但设备的使用操作比较复杂，设备的维护费用很高，大多在研究机构，大型工厂的中心试验室中由专业人员使用操作。往往在企业的一线的检验生产中，包括很多小规模的企业中无法得到广泛应用，市场普及率不是很高。
④、 国外的波长色散X荧光分析仪，多在常量分析与微量分析中向大功率（多数企业均生产4KW以上的设备）、高精度、高稳定性上发展，以不断提高其设备的适应领域，同时提高对痕量元素的分析检出限和检测精度。其必然造成仪器的制造成本不断提升，而往往在很多专业用户以及生产一线却很少能够发挥其作用，往往就是我们常说的“大马拉小车”的现象。（如：水泥行业中，在国产设备没有上市之前，很多水泥企业都处于这样的状态）
⑤、 在软件分析上，为了克服X荧光对比分析需要大量标准样品的特点，不断研究X荧光的FP（无标样分析方法），到目前为止FP分析方法还没有一个完全固定的模式（国外各个厂家都有自己的FP分析特点）。其在分析测试领域中可以解决一部分问题，但在实际应用中，只有标样对比方法（经验系数法）可以达到高精度，高准确度的要求。另外，在软件上其采用通用型的设计，对于工厂或专业用户，其操作比较复杂，在工厂或工矿企业一线使用时会带来很多麻烦。到今天为止，很多国外的软件仍然采用英文操作界面，对于一线操作使用人员使用更加困难。
2、 国内波长色散X荧光分析仪器发展现状
我国是一个发展中国家，大量的基础材料生产工业较多，应用X荧光光谱仪的大市场在中国。因此，上个世纪六十年代初我国就已开始X荧光光谱仪的研究，起步并不算晚。但是由于政治等因素的影响，使我国在这方面的研究工作断断续续，成果并不显著。到八十年代国外在X荧光光谱仪（波谱）已经开始普及时，我国仅能生产部分低端“能谱”产品，而高端的“波谱”产品还处在摸索调研阶段。
1985年第一机械工业部投资，在丹东射线仪器厂进行有计划的研发工作。由于当时丹东射线仪器厂与日本合作生产单扫描道的X荧光光谱仪（波谱），主要设备、总成都在日本生产好，拿到我国来组装调试，在调试过程中的关键技术又对我们保密，产品生产出来比从国外直接进口的还贵。自1985年至今只生产了7台仪器，该厂今天负债2亿多元，不仅没有独立的生产技术，而且厂子也快垮掉了。
面对我国广大中小企业对X荧光光谱仪（波谱）的迫切需求，2002年7月，我国从事这方面研究的一批老的专家自筹资金，自发的组织起来开始设计6通道的小型X荧光光谱仪（波谱）。由于此项技术复杂，不仅需要多学科专业技术人员的相互配合，而且需要大量资金支持。因此，自2003年开始北京邦鑫伟业技术开发有限公司成立，专业从事X荧光光谱仪（波谱）的研究开发，到2004年底，WDX-200型（10个通道）和WDX-100型（6个通道）两台样机相继研发成功。2004年底我国市场上已经开始使用我国独立开发、拥有完全知识产权的第一代X荧光光谱仪（波谱）。目前，我公司的WDX系列的波长色散X荧光分析仪器，在水泥行业中已经批量应用。它代表了国内X荧光产品的特点：
①、 以小型多道X荧光为主，设计面向专业企业用户。
②、 专业化设计，设备结构简洁，便于在生产一线安装使用，对环境要求相对较低，适合企业一线生产使用。
③、 采用固定道的模式，仪器X光管的功率不需要很高，一般采用100～400W的X光管就可以满足测试的要求；同时测试时间很短，测试精度很高。但通用性较差，不适合科研机构使用。
④、 所有部件95％以上国生化，只有X荧光光管为进口部件，设备制造成本低。
⑤、 软件设计更趋向企业需要，为客户提供专业的测试软件，软件应用非常方便，在企业应用中，非专业人士即可操作。
⑥、 还为国外用户定制了英文版软件。
随着国内外客户对波长色散设备技术要求的不断提升，同时，我公司进一步扩大自己产品的销售领域，更需要多种型号、多种配置要求的设备，因此，在国内的波长X荧光设备的研发中，需要进一步发展高端、多能、通用型设备，使其应用范围和应用领域更广。
B. 邦鑫伟业的波谱仪的科研技术、生产、销售情况简介
北京邦鑫伟业技术开发有限公司，是目前国内唯一一家波长色散X荧光光谱分析仪器的生产厂家，它在科研技术、生产、销售等环节都有自己的特点和优势。
㈠、 科研技术介绍
在公司建立之日起，就从设备整体系统角度进行设计和考核、鉴定。设计中将X荧光整个系统进行整体设计考虑，分系统设计的思路，对内部结构、重大技术进行革新和突破，并将仪器分为六个分系统：
①、 真空测试室和真空系统
真空测量室是仪器主机的躯干。X光管、分光器、样品室等均在其中。测量室分上下两层，上层为样品室，样品为上照射方式，主要为了便于液态样品和样品的取放，下层室壁安装各分光器，始终保持在一定的真空度下。以WDX－200为例，与国外同类仪器相比，直径减小了27.5%，高度减小18%，这种设计对缩短光程、提高对样品的照射强度和提高计数率大有好处。此外，国外同类仪器泵站与主机合为一体，不仅体积大，而且泵站对主机稳定有影响，特别是不利于安装调试和维修。因此，WDX－200采用泵站与主机分离的设计模式
②、 晶体分光系统
对晶体配置，根据各种元素的特点和晶体的功能情况，采用了平晶、弯晶、对数螺旋晶体和镀膜晶体的混合配置。特别是对一次准直器和二次准直器采用了独创的结构设计和加工工艺，实践证明这种准直器不仅使光路缩短、透光好，而且加工、安装方便。WDX-200型仪器与国外同类仪器相比，元素谱峰计数率Ca、Si元素道计数率提高60%；Fe、K、Al等元素谱峰计数率提高了100%。
③、 X射线发生及冷却系统
X射线发生及冷却系统由X光管和高压电源冷却系统构成。包括：X光管、冷却套、油泵、散热器、油气分离器、油温传感器和压力表等组成。此系统与国外同类仪器的区别是：一是增加了冷却套伸入测量室的长度，缩短了光管与样品表面距离，提高了X荧光的激发效率，使元素道谱峰强度提高了20%；二是加强了X光灯丝导线与高压阳极之间的绝缘隔离，预防高压打火放电事故；三是改进了灯丝电极与接地电极结构，提高了回路工作可靠性；四是改进了冷却套的真空密封和油封工艺。
④、 X射线检测及流气系统
各元素分光器的出射端均装有元素特征X射线探测器。计数管的脉冲信号，进入探头盒内的前置放大器和主放大器电路，进行信号放大和整形成近似高斯脉冲后，进入多路多道谱仪电路。谱仪与工控机组成一体，即可在样品测量过程中对各元素的谱峰进行全谱检定。单路的多道谱仪广泛应用于X荧光光谱仪（能谱）。但在X荧光光谱仪（波谱）中，采用多路多道谱仪与工控机组成一体，是本仪器的一大创新，在同类外国仪器中未见先例。这样不仅便于仪器调试和故障诊断，而且可随时检测各特征X射线的谱峰。因此，可以精确地校正谱峰峰位漂移导致的分析误差，进一步提高了仪器的准确性和稳定性。
同时在检测电路中，首先采用了检测电路与探测器一体化设计，同时配备目前最先进的高速采集电路，不但大大提升了X荧光的探测效率，仪器的抗干扰能力大大提升，仪器的检测精度大幅度提高；同时还简化了电路安装、调试、维修工序，提高了生产、调试效率。
流气的稳定是X荧光光谱仪（波谱）能否正常工作的关键技术之一。PR-10气体经二次减压后进入流气控制器（由稳压阀、调节阀、传感器和浮子等组成），经处理后使流气密度、流量保持稳定，不受大气压力、环境温度变化的影响，这样才能保证计数管内的气体放大倍数保持稳定。这项技术是我公司技术人员独创的，也是本仪器的机密技术之一。
⑤、 自动控制系统
自动控制系统包括智能化自动控制和供配电系统。由计算机、可控电路板、模拟量调理板、谱仪、探测器和电源等构成。主要进行：采集各分系统的工作参数、模拟量、故障信息等，经过计算机处理后，发布指令控制各分系统协调运转，监控各系统运转状态的工作情况，捕捉运转过程中的故障信息，并进行处理发出继续工作或停机的指令，将故障部位原因等记录储存以备排除。为了保证恒温、恒压，除各分系统自身设计外，自动控制系统的补偿也发挥了重要作用。它是仪器是否能正常、稳定工作的保证。
⑥、 仪器软件系统
仪器软件系统是本仪器的关键技术之一。由工控机、上位机将采集来的各种数据、信号，应用了多种“语言”工具，编拟了以下7种软件：
ⅰ、按照待命、就绪、测量、换样、显示、打印、关机等编拟成操作软件；
ⅱ、仪器工作过程中对工作参数测定、谱峰漂移、各操作界面切换等监控软件；
ⅲ、元素道设定、谱峰拟合点数确定、峰位自动校正等多道谱仪操作软件；
ⅳ、工作界面上的各元素道计数率稳定性、峰位漂移、管压、管流、恒温室各温度变化等性能检验软件；
ⅴ、为克服基体吸收和增强效应，采用了经验系数分析方法以及理论α系数方法编拟可定量分析软件。
ⅵ、企业将该仪器作为生产的主分析设备，必然因分析各类有关样品而制作工作曲线。为确保分析数据可靠，用校验样进行校验是经常的，而制备各类校验样和经常校验十分繁琐、费时，因此我们采用按计数率分段校正，应用少数校验样即可完成工作曲线校正，我们编拟了仪器校验软件；
ⅶ、为保存和查询的需要还专门编拟了数据库管理软件；为方便用户还编拟了水泥自动配料等系统。
总之，本软件系统处处考虑用户方便，比较人性化。在操作使用中，操作人员水平低一点，只要按显示屏提示操作，一般不会出差错。即便操作不当也可以纠正。因此，荷兰、英国在我国服务的专家看过我们的软件操作后，都承认我们的软件比他们的好。
综上，本公司仪器具有以下特点：
（1）WDX系列X荧光光谱仪（波谱），可以同时测元素周期表中Na—U的任意10种元素，并可以根据测试对象不同采用平、弯晶混合应用技术。
（2）在所有的WDX系列X荧光光谱仪（波谱）中，均采用多路多道对元素谱峰实时采集、峰位自动校正技术。不仅显著提高了计数率稳定性，而且有利于仪器调试和故障判断。这在多道X荧光光谱仪（波谱）中未见先例，我公司属第一家首次应用；
（3）准直器结构设计和加工工艺的创新，不仅制造装配简单化，而且大大缩小了固定道测量室的尺寸，较国外同类产品，准直器径向尺寸减小25%、测量室直径减小27%、高度减小18%、重量仅为外国仪器的50%，这样大大缩短了光路光程，提高了X荧光检测效率；
（4）将泵站独立移到仪器外面，移出后方便了安装调试和减少对主机的干扰，在国外同类仪器中未见先例；
（5）软件设计智能化程度高，对系统运行过程中可能发生的故障进行自动诊断、安全连锁和自动报警，对仪器的正常运行至关重要。特别是考虑了用户的不同特点和要求，在操作简便、适用等方面去满足不同人群的需求；
（6）采用了神经网络分析方法建立模型，对基体吸收增强效应和谱线干扰有很好的适应性，降低了分析误差。
（7）可与专业的QCS系统实现数据连接，方便客户对生产过程进行调控。并可配备远距离传输软件，解决客户数据信息传递的问题。
