مطياف الأشعة السينية المشتت للطاقة: المبدأ والأداء والتطبيق في اختبار RoHS

الملخص
تركز هذه الورقة على LISUN سلسلة أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية المشتتة للطاقة EDX-2شرح منهجية مبدأ الكشف الخاص بها بناءً على الأشعة السينية المميزة للعناصر، وتحليل فروق أداء المعدات من خلال مقارنة معلمات النموذج المحددة، واتخاذ اختبار RoHS سيناريو تطبيق أساسي لتوضيح قيمتها العملية في فحص المواد الخطرة في المنتجات الكهربائية والإلكترونية. يُظهر البحث أنه بالاعتماد على مزايا الدقة العالية، وقابلية التكيف مع سيناريوهات متعددة، والتشغيل التلقائي، يمكن لهذه السلسلة من مطيافات الأشعة السينية إجراء تحليل عنصري بمحتوى يتراوح بين 2 جزء في المليون و99.99%، مما يلبي احتياجات متنوعة مثل اختبار RoHS، وكشف تركيب السبائك، وقياس سمك الطلاء، وتوفير دعم فني موثوق لمراقبة الجودة الصناعية.

1. مقدمة
مع التطور العالمي للصناعة الكهربائية والإلكترونية، ازدادت متطلبات سلامة مواد المنتج والامتثال البيئي صرامةً. على سبيل المثال، يُقيّد توجيه الاتحاد الأوروبي بشأن المواد الخطرة (RoHS) العناصر الخطرة مثل الرصاص والزئبق والكادميوم، مما عزز ابتكار تقنيات فعّالة للكشف عن العناصر. وبصفته جهاز اختبار غير إتلافي، أصبح مطياف الأشعة السينية أداةً أساسيةً لتحليل العناصر في المجال الصناعي نظرًا لمزاياه المتمثلة في عدم الحاجة إلى معالجة مسبقة للعينات، وسرعة الكشف العالية، والدقة العالية. طُوّرت سلسلة مطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة EDX-2 بواسطة LISUN تغطي المجموعة نماذج متعددة بما في ذلك EDX-2A, EDX-2AC و EDX-2Aب. تُدمج هذه الأجهزة ثلاث وظائف: اختبار RoHS، وتحليل السبائك، وقياس سُمك الطلاء، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل المكونات الإلكترونية، والمواد المعدنية، والمنتجات البلاستيكية. تُعدّ مبادئها التقنية وأدائها مرجعًا بالغ الأهمية لمراقبة الجودة الصناعية.

EDX-2_Rohs معدات الاختبار

2. مبدأ الكشف في أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية من سلسلة EDX-2
يعتمد مبدأ الكشف الأساسي لأجهزة مطياف الأشعة السينية المشتتة للطاقة من سلسلة EDX-2 على اختلافات الطول الموجي وشدّة الأشعة السينية المميزة للعناصر، ويُحقق الكشف النوعي والكمي للعناصر من خلال ثلاث خطوات: "الإثارة - الكشف - التحليل". وتتم العملية المحددة على النحو التالي:

2.1 إثارة الأشعة السينية المميزة
يحتوي الجهاز على أنبوب أشعة سينية مدمج. في ظروف تشغيل بجهد 50 كيلو فولت وتيار 600 ميكرو أمبير (يمكن ضبط المعلمات تلقائيًا)، يُصدر الجهاز أشعة سينية أولية عالية الطاقة إلى العينة المراد فحصها. عندما تخترق الأشعة السينية الأولية الطبقة السطحية للعينة، تتفاعل مع إلكترونات الغلاف الداخلي لذرات العينة، مما يُخرجها من مدارها الذري، ويجعل الذرات في حالة إثارة غير مستقرة.

2.2 توليد واكتشاف الأشعة السينية المميزة
للعودة إلى حالة الاستقرار، تنتقل إلكترونات الغلاف الخارجي للذرة إلى مدار فارغ في الغلاف الداخلي. خلال عملية الانتقال، يُطلق فرق في الطاقة، وتُشع هذه الطاقة على شكل أشعة سينية بطول موجي محدد، يُسمى "الأشعة السينية المميزة للعناصر". تختلف العناصر في أعدادها الذرية، وتوجد اختلافات جوهرية في مستويات طاقة مدارات الإلكترونات. لذلك، تتميز أطوال موجات الأشعة السينية المميزة المنبعثة بخصائص فريدة، وهذا هو الأساس الذي تقوم عليه هذه المعدات لإجراء تحليل نوعي للعناصر.

بعد ذلك، يتم استقبال الأشعة السينية المميزة بواسطة الكاشف ( EDX-2A يستخدم كاشف دبوس Si، ونماذج مثل EDX-2Aج- استخدم كاشف SDD عالي الدقة. يحوّل الكاشف إشارة الأشعة السينية إلى إشارة كهربائية، والتي تُحوّل بدورها إلى بيانات طيفية يمكن تمييزها بواسطة نظام معالجة الإشارة لتكوين مخطط طيفي عنصري بإحداثيات "الطول الموجي - الشدة".

2.3 التحليل الكمي للمحتوى العنصري
في ظل ظروف الكشف نفسها، يرتبط محتوى عنصر معين في العينة ارتباطًا إيجابيًا بشدة الأشعة السينية المميزة له - فكلما ارتفع المحتوى، زاد انتقال الإلكترونات، وزادت شدة الأشعة السينية المميزة المنبعثة. بمقارنة شدة الخطوط الطيفية للعناصر في العينة المراد اختبارها مع شدة العينة القياسية ذات التركيز المعروف (مثل العينة القياسية للاتحاد الأوروبي المرفقة مع سلسلة EDX-2)، وتصحيح العوامل المؤثرة مثل تأثير المصفوفة وتداخل الخلفية باستخدام خوارزميات برمجية، يحسب الجهاز أخيرًا المحتوى الدقيق لكل عنصر في العينة المراد اختبارها، محققًا تحليلًا كميًا. يغطي نطاق تحليل المحتوى من 2 جزء في المليون إلى 99.99%، مما يلبي احتياجات الكشف عن العناصر النزرة والرئيسية.

3. معلمات النموذج ومقارنة الأداء لأجهزة قياس الأشعة السينية من سلسلة EDX-2
صُممت أجهزة مطياف الأشعة السينية من سلسلة EDX-2 بخمسة نماذج أساسية لتطبيقات مختلفة. تختلف النماذج المختلفة في التصميم الهيكلي ونوع الكاشف وكفاءة الكشف. يوضح الجدول التالي مقارنة المعلمات المحددة:

يتضح من مقارنة المعلمات أن اختلافات أداء أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية من سلسلة EDX-2 تنعكس بشكل رئيسي في ثلاثة جوانب: أولاً، القدرة على التكيف مع بيئة الفراغ. EDX-2AC, EDX-2Aيدعم كلٌّ من BC وEDX-2T الاختبار الفراغي، مما يُقلل من امتصاص الأشعة السينية المميزة للعناصر الضوئية (مثل الصوديوم والمغنيسيوم) في الهواء، ويُوسّع نطاق تحليل العناصر في السبائك. ثانيًا، دقة الكاشف. دقة كاشف SDD (مثل...) EDX-2Aج) ١٢٩ إلكترون فولت، وهو أفضل من كاشف دبوس السيليكون (١٤٩ إلكترون فولت). يُمكّنه من التمييز بدقة أكبر بين الخطوط الطيفية للعناصر ذات الأطوال الموجية المتجاورة، مما يُقلل من أخطاء الكشف. ثالثًا، تكامل الدوال. النموذج الأساسي EDX-2A يدعم اختبار RoHS فقط، بينما EDX-2Aيدمج BC وEDX-2T وظائف تحليل السبائك وقياس سمك الطلاء في نفس الوقت، مما يتيح التكيف مع السيناريوهات الصناعية الأكثر تعقيدًا.

4. استخدام أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية من سلسلة EDX-2 في اختبارات RoHS
4.1 متطلبات توجيه RoHS ومعايير الاختبار
توجيه RoHS هو معيار لحماية البيئة للمنتجات الكهربائية والإلكترونية، وضعه الاتحاد الأوروبي. الإصدار الحالي هو 2011/65/EU (RoHS 2.0). مقارنةً بالإصدار الأصلي (2002/95/EC)، تم توسيع نطاق رقابة هذا التوجيه ليشمل الأجهزة الطبية ومعدات المراقبة، ويُلزم المصنعون بالاحتفاظ بالوثائق الفنية وإقرارات المطابقة للمفوضية الأوروبية لمدة لا تقل عن 10 سنوات. تحدد هذه التوجيهات محتوى 6 مواد خطرة، مع متطلبات محددة على النحو التالي: الزئبق (Hg) ≤ 1000 جزء في المليون، الكروم السداسي التكافؤ (CrVI) ≤ 1000 جزء في المليون، الكادميوم (Cd) ≤ 100 جزء في المليون، الرصاص (Pb) ≤ 1000 جزء في المليون، ثنائي الفينيل متعدد البروم (PBBs) ≤ 1000 جزء في المليون، إيثرات ثنائي الفينيل متعدد البروم (PBDEs) ≤ 1000 جزء في المليون.
المعيار المقابل في الصين هو "طرق اختبار المواد السامة والخطرة في منتجات المعلومات الإلكترونية" (SJ/T 11365-2006)، والذي يُحدد بوضوح مطياف الأشعة السينية الفلوري (XRF) كطريقة فحص سريعة للعناصر الخطرة الخاضعة لـ RoHS. طُوّرت أجهزة مطياف الأشعة السينية من سلسلة EDX-2 بناءً على هذه الطريقة، وهي قادرة على تلبية متطلبات الاختبار القياسية بشكل مباشر.

4.2 مزايا سلسلة EDX-2 في اختبار RoHS
باعتبارها معدات اختبار RoHS احترافية، تتمتع أجهزة قياس الأشعة السينية من سلسلة EDX-2 بمزايا كبيرة في كفاءة الكشف والراحة التشغيلية والسلامة:
• الفحص السريع بدون علاج مسبق: وقت الكشف عن EDX-2A تبلغ 200 ثانية، ونماذج الفراغ (مثل EDX-2Aج) يستغرق 100 ثانية فقط. لا حاجة لأي معالجة مسبقة، مثل هضم العينة وإذابتها، ويمكن اختبار العينات الصلبة والسائلة والمسحوقة (مثل أغلفة المكونات الإلكترونية، والجزيئات البلاستيكية، ومعجون اللحام) مباشرةً، مما يُسرّع دورة الكشف بشكل كبير.
• دقة عالية ووضوح: دقة نماذج كاشف SDD (مثل EDX-2Aج) يصل جهده إلى ١٢٩ إلكترون فولت، مما يُمكّنه من تحديد الأشعة السينية المميزة للعناصر الخطرة النزرة، مثل الكادميوم (Cd) بدقة. وبفضل العينات القياسية الأوروبية وشهادات المعايرة المُقدمة، يضمن الجهاز مطابقة نتائج الكشف للمعايير الدولية، ويجنب الأخطاء في التقدير.
• التشغيل البصري وحماية السلامة: الجهاز مزود بكاميرا عالية الدقة ونظام إضاءة داخلي، مما يتيح للمشغلين التحقق الفوري من موضع العينة وتجنب أخطاء الكشف الناتجة عن وضع العينة بشكل غير صحيح. كما يتميز الجهاز بوظائف حماية من التيار الزائد والقصر الكهربائي، مما يتوافق مع معايير السلامة الصناعية ويقلل من خطر تلف الجهاز.

4.3 حالة اختبار عملي
احتاجت إحدى شركات الإلكترونيات إلى إجراء فحص الامتثال لمعايير RoHS على دفعة من المكونات البلاستيكية المستوردة، واستخدمت EDX-2A مطياف الأشعة السينية للاختبار:
• تحضير العينة: تم قطع المكونات البلاستيكية إلى قطع صغيرة بحجم 5 سم × 5 سم ووضعها مباشرة في حجرة العينة (الحجم 610 × 320 × 100 مم) دون معالجات أخرى؛
• إعداد المعلمات: يقوم الجهاز تلقائيًا بضبط جهد الأنبوب إلى 50 كيلو فولت، وتيار الأنبوب إلى 600 ميكرو أمبير، ووقت الكشف إلى 200 ثانية؛
نتائج الكشف: أنتج الجهاز مخططًا طيفيًا عنصريًا، أظهر أن محتوى الرصاص (Pb) في العينة بلغ 850 جزءًا في المليون، ومحتوى الكادميوم (Cd) 30 جزءًا في المليون، وكلاهما أقل من حدود RoHS، ولذلك اعتُبر مطابقًا للمواصفات. في الوقت نفسه، لم يُرصد أي عناصر خطرة أخرى، مثل الزئبق والكروم سداسي التكافؤ، في الخطوط الطيفية، وصدر تقرير اختبار RoHS أخيرًا.

تظهر هذه الحالة أن أجهزة قياس الأشعة السينية من سلسلة EDX-2 يمكنها إكمال فحص RoHS للمكونات الإلكترونية بسرعة، وتوفير أساس امتثال لصادرات منتجات الشركات إلى الاتحاد الأوروبي، وتجنب المخاطر التجارية الناجمة عن المواد الخطرة المفرطة.

5. تطبيقات أساسية أخرى لأجهزة قياس الأشعة السينية من سلسلة EDX-2
بالإضافة إلى اختبار RoHS، فإن أجهزة قياس الأشعة السينية من سلسلة EDX-2 تدمج أيضًا وظائف تحليل السبائك وقياس سمك الطلاء، مما يؤدي إلى توسيع سيناريوهات تطبيق المعدات:
5.1 تحليل السبائك
(أراضي البوديساتفا) EDX-2AB, EDX-2Aيدعم نموذجا BC وEDX-2T تحليل السبائك. من بينها، يستطيع EDX-2T الكشف عن جميع العناصر من 11-Na (الصوديوم) إلى 92-U (اليورانيوم) في الجدول الدوري، وهو مناسب للكشف عن تركيب مواد مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الألومنيوم والمعادن النفيسة (الذهب والبلاتين). على سبيل المثال، في صناعة المجوهرات، يستطيع EDX-2T تحديد نقاء المجوهرات الذهبية (مثل Au999 وAu750) بسرعة دون إتلاف العينة؛ وفي مجال تصنيع الآلات، يمكنه تحليل محتوى الكروم والنيكل في الفولاذ المقاوم للصدأ لتحديد ما إذا كانت مقاومة التآكل للمادة تلبي متطلبات التصميم.

5.2 قياس سمك الطلاء
(أراضي البوديساتفا) EDX-2AC, EDX-2Aتتميز نماذج BC وEDX-2T بوظيفة قياس سُمك الطلاء. وتحسب القيمة المطلقة لسمك الطلاء من خلال الكشف عن فرق شدة الأشعة السينية المميزة بين الطلاء ومادة الركيزة. على سبيل المثال، في إنتاج الموصلات الإلكترونية، يمكن الكشف عن سُمك طبقة النيكل على سطح الركيزة النحاسية (مثل 5 ميكرومتر، 10 ميكرومتر) لضمان موصلية الطلاء ومقاومته للتآكل؛ وفي تصنيع قطع غيار السيارات، يمكن مراقبة سُمك الطبقة المجلفنة لتقييم مقاومة القطع للصدأ.

6. الاستنتاجات 
استنادًا إلى مبدأ الكشف عن الأشعة السينية المميزة للعناصر، LISUN سلسلة أجهزة قياس الطيف بالأشعة السينية المشتتة للطاقة EDX-2 تحقيق التكامل متعدد الوظائف لاختبار RoHS، وتحليل السبائك، وقياس سمك الطلاء. تتميز هذه الأجهزة بدقة عالية، وسرعة كشف عالية، وقابلية تكييف واسعة للعينات، مما يجعلها معدات مهمة لمراقبة الجودة الصناعية. من خلال مقارنة المعلمات، يمكن لنماذج مختلفة من المعدات تلبية احتياجات سيناريوهات مختلفة - EDX-2A مناسب لفحص RoHS الأساسي، EDX-2Aيُعدّ BC مناسبًا للاختبارات الشاملة متعددة السيناريوهات، ويتميز EDX-2T بمزايا تحليل العناصر الضوئية. يمكن للشركات اختيار الطراز المناسب وفقًا لاحتياجاتها.