进阶之旅 | 续篇：如何提升粉末衍射检测灵敏度

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使用铜靶X光管进行粉末衍射时，如果样品中铜、镍、铁、钴、锰这几个元素含量较高，用户可能会面临着高强度样品荧光背景的挑战。全角度荧光提高了数据的背景强度，弱衍射峰不易从背景中识别出来，影响分析。

三种针对不同元素荧光干扰的规避方案：

1. 铜和镍元素的荧光由铜靶X射线谱中的连续白光和K-beta激发，使用BBHD模块在入射光路消除白光和K-beta，可以从源头避免铜镍元素的荧光产生，降低数据背景；

2. 铁钴锰元素的荧光由铜靶K-alpha辐射激发，不能使用BBHD方案规避。荧光的光子能量与铜靶K-alpha有一定差距。如果探测器是点探测器（正比探测器或闪烁探测器），可以配合石墨弯晶单色器使用来消除荧光干扰；

3. 点探测器本身测量较慢，强度偏低，石墨弯晶单色器又会损失60%-75%的强度，不利于弱信号测量。更好的选择是使用1Der全波长能量色散探测器，它的能量分辨功能对X射线衍射仪上常用的各种靶材均适用，例如对铜靶K-alpha辐射具有340eV的能量分辨率，可以在接收到衍射光后消除铁钴锰元素的荧光干扰。

所以，从以上递进式规避方案评估中可以得出，在锐影衍射仪上组合使用BBHD模块和1Der探测器，可以实现对任意元素构成的样品均能消除荧光干扰的测量效果。

我们使用BBHD和1Der探测器测量了一块铁合金样品，样品中有锰铬镍硅等元素，结果如图 1所示。探测器不开启能量分辨功能时，铁锰的荧光在全角度范围内均有极高的强度，三个强衍射峰可以识别，但弱衍射峰基本无法从荧光背景中识别出来。开启能量分辨功能后，铁锰的荧光信号消失，大量弱衍射峰能够从谱图上识别出来。

图1铜靶BBHD+1Der光路测量合金样品的结果（蓝色：未开启能量分辨；红色：开启能量分辨）

X射线衍射仪中有很多种不同靶材的光管可选，但常见的粉末衍射光路配置中，光源使用的是铜靶X射线管。测量一般样品时，铜靶比钴靶提供了更高的强度（如图 2），但测量纯铁样品时，钴靶能提供近三倍的强度（如图 3）和更深的穿透深度。因此，对于进行高铁含量样品研究的用户（如钢铁公司、钢铁研究院等），配置钴靶进行测量是一个更好的选择。例如在我国残余奥氏体分析的行业标准YB/T 5338-2019中，就明确提出了推荐使用钴靶分析。

图 2 使用铜靶和钴靶分别测量金属镍样品的结果（蓝色－铜靶，红色－钴靶）

图3 使用铜靶和钴靶分别测量金属铁样品的结果（蓝色－铜靶，红色－钴靶）

值得一提的是，锐影衍射仪上有专用于钴靶光管的BBHD模块选项，使用这个模块也可以获得消除白光和钴靶K-beta辐射干扰的测试效果，并且不激发铁和钴元素的荧光。我们使用钴靶BBHD测量了一块钢铁样品，结果如图 4所示，能够看到在样品中存在若干低强度衍射峰，物相分析的结果显示这些峰对应于样品中存在的极低含量的渗碳体Fe₃C。渗碳体硬度高，塑性、韧性几乎为零，脆性很大，它的存在对碳钢的性能有直接影响。使用普通狭缝光路测试时，低含量渗碳体经常被铁元素的荧光背景干扰无法识别，钴靶BBHD模块有效解决了这一问题。

图 4　碳钢中渗碳体的检出

1Der探测器对钴靶K-alpha辐射有320 eV的能量分辨率，可以有效消除锰铬等元素的荧光干扰。如果组合使用钴靶BBHD模块和1Der探测器，也可以构建钴靶下任意元素无荧光的高性能光路。

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