Espectrómetro de rayos X por dispersión de energía: principio, rendimiento y aplicación en pruebas RoHS

Resumen
Este artículo se centra en la LISUN Espectrómetros de rayos X de energía dispersiva serie EDX-2Se expone sistemáticamente su principio de detección basado en los rayos X característicos de los elementos, se analizan las diferencias de rendimiento de los equipos mediante la comparación de parámetros de modelos específicos y se utilizan las pruebas RoHS como principal escenario de aplicación para ilustrar su valor práctico en la detección de sustancias peligrosas en productos eléctricos y electrónicos. La investigación demuestra que, gracias a las ventajas de alta resolución, adaptabilidad multiescenario y funcionamiento automático, esta serie de espectrómetros de rayos X puede realizar análisis elementales con un rango de contenido de 2 ppm al 99.99 %, satisfaciendo diversas necesidades, como las pruebas RoHS, la detección de la composición de aleaciones y la medición del espesor de recubrimientos, y proporcionando un soporte técnico fiable para el control de calidad industrial.

1. Introducción
Con el desarrollo global de la industria eléctrica y electrónica, los requisitos de seguridad de los materiales de los productos y el cumplimiento de las normas ambientales se han vuelto cada vez más estrictos. Por ejemplo, la Directiva RoHS de la UE restringe elementos peligrosos como el plomo, el mercurio y el cadmio, lo que ha impulsado la innovación en tecnologías eficientes de detección de elementos. Como equipo de ensayos no destructivos, el espectrómetro de rayos X se ha convertido en una herramienta fundamental para el análisis de elementos en el ámbito industrial gracias a sus ventajas: no requiere pretratamiento de la muestra, su rápida velocidad de detección y su alta precisión. Los espectrómetros de rayos X por energía dispersiva de la serie EDX-2, desarrollados por LISUN El grupo cubre varios modelos, incluidos EDX-2A, EDX-2AC y EDX-2AB. Integran tres funciones: pruebas RoHS, análisis de aleaciones y medición del espesor del recubrimiento, y se utilizan ampliamente en campos como componentes electrónicos, materiales metálicos y productos plásticos. Sus principios técnicos y rendimiento son de gran importancia para el control de calidad industrial.

2. Principio de detección de los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2
La lógica de detección principal de los espectrómetros de rayos X por dispersión de energía de la serie EDX-2 se basa en las diferencias de longitud de onda e intensidad de los rayos X característicos de los elementos, y realiza la detección cualitativa y cuantitativa de elementos mediante tres pasos: excitación, detección y análisis. El proceso específico es el siguiente:

2.1 Excitación de rayos X característicos
El equipo incorpora un tubo de rayos X. Bajo condiciones de trabajo de 50 kV de voltaje y 600 µA de corriente (parámetros configurables automáticamente), emite rayos X primarios de alta energía sobre la muestra analizada. Al penetrar la capa superficial de la muestra, estos rayos interactúan con los electrones de la capa interna de los átomos, expulsándolos de su órbita atómica y provocando un estado excitado inestable en los átomos.

2.2 Generación y detección de rayos X característicos
Para volver a un estado estable, los electrones de la capa externa del átomo pasan a la órbita vacía de la capa interna. Durante este proceso, se libera una diferencia de energía, la cual se irradia en forma de rayos X con una longitud de onda específica, denominada "rayos X característicos de los elementos". Cada elemento tiene un número atómico distinto, y existen diferencias inherentes en los niveles de energía de las órbitas electrónicas. Por lo tanto, las longitudes de onda de los rayos X característicos emitidos también son únicas; esta es la base fundamental para que el equipo realice el análisis elemental cualitativo.

Posteriormente, los rayos X característicos son recibidos por el detector (el EDX-2A utiliza un detector Si-pin y modelos como el EDX-2AC utiliza un detector SDD de mayor precisión. El detector convierte la señal de rayos X en una señal eléctrica, que el sistema de procesamiento de señales convierte en datos espectrales reconocibles para formar un diagrama espectral elemental con la coordenada «longitud de onda - intensidad».

2.3 Análisis cuantitativo del contenido elemental
Bajo las mismas condiciones de detección, el contenido de un elemento en la muestra se correlaciona positivamente con la intensidad de sus rayos X característicos: a mayor contenido, mayor transición de electrones y mayor intensidad de los rayos X característicos emitidos. Al comparar la intensidad de las líneas espectrales elementales de la muestra analizada con la de la muestra estándar con una concentración conocida (como la muestra estándar de la UE incluida con la serie EDX-2), y corregir factores influyentes como el efecto matriz y la interferencia de fondo mediante algoritmos de software, el equipo calcula finalmente el contenido preciso de cada elemento en la muestra analizada, realizando un análisis cuantitativo. Su rango de análisis de contenido abarca desde 2 ppm hasta el 99.99 %, satisfaciendo así las necesidades de detección de elementos traza y mayoritarios.

3. Comparación de parámetros del modelo y rendimiento de los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2
Los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 están diseñados con cinco modelos principales para diferentes escenarios de aplicación. Existen diferencias en el diseño estructural, el tipo de detector y la eficiencia de detección entre los distintos modelos. La siguiente tabla muestra la comparación de parámetros específicos:

Parámetros de especificación	EDX-2A (Escritorio sin aspiradora)	EDX-2AC (Escritorio de vacío)	EDX-2AB (Escritorio sin aspiradora)	EDX-2ABC (Escritorio de vacío)	EDX-2T (Aspiradora de escritorio)
Peso del equipo	50Kg	55Kg	50Kg	55Kg	55Kg
Tiempo de detección	Miles	Miles	Miles	Miles	Miles
Tamaño de la cámara de muestra	610 × 320 × 100 mm (largo × ancho × alto)	Sin vacío: 510 × 310 × 120 mm   Vacío: Ф100×70mm	610 × 320 × 100 mm (largo × ancho × alto)	Sin vacío: 510 × 310 × 120 mm   Vacío: Ф100×70mm	Sin vacío: 510 × 310 × 120 mm   Vacío: Ф100×70mm
Entorno de prueba	Atmósfera	Aspiradora	Atmósfera	Aspiradora	Aspiradora
Tipo de detector	si-pin	SDD	si-pin	SDD	SDD
Resolución	149 eV	129 eV	149 eV	129 eV	129 eV
Voltaje/corriente del tubo de salida	50 kV/600 uA (ajuste automático)	50 kV/600 uA (ajuste automático)	50 kV/600 uA (ajuste automático)	50 kV/600 uA (ajuste automático)	50 kV/600 uA (ajuste automático)
Tipos de muestras analizadas	Sólido, líquido, polvo	Sin vacío: sólido, líquido, polvo   Vacío: Sólido	Sólido, líquido, polvo	Sin vacío: sólido, líquido, polvo   Vacío: Sólido	Sin vacío: sólido, líquido, polvo   Vacío: Sólido
Rango de análisis de contenido	2 ppm–99.99 %	2 ppm–99.99 %	2 ppm–99.99 %	2 ppm–99.99 %	2 ppm–99.99 %
Aplicaciones principales	Prueba de RoHS	Pruebas RoHS, pruebas de recubrimiento	Pruebas RoHS, análisis de aleaciones	Pruebas RoHS, análisis de aleaciones, pruebas de recubrimiento	Pruebas RoHS, análisis de aleaciones, pruebas de recubrimiento
Gama de elementos para pruebas de aleaciones	No comprobable	16-S (azufre) a 92-U (uranio)	16-S (azufre) a 92-U (uranio)	16-S (azufre) a 92-U (uranio)	11-Na (sodio) a 92-U (uranio)

De la comparación de parámetros se puede observar que las diferencias de rendimiento de los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 se reflejan principalmente en tres aspectos: primero, la adaptabilidad al entorno de vacío. EDX-2AC, EDX-2AEl BC y el EDX-2T admiten pruebas de vacío, lo que puede reducir la absorción de rayos X característicos de elementos ligeros (como el sodio y el magnesio) por el aire y ampliar el rango de elementos del análisis de aleaciones. En segundo lugar, la precisión del detector. La resolución del detector SDD (como el... EDX-2AC) es de 129 eV, superior a la del detector de pin de silicio (149 eV). Permite distinguir con mayor precisión las líneas espectrales elementales con longitudes de onda adyacentes y reducir los errores de detección. En tercer lugar, la integración de funciones. El modelo básico. EDX-2A solo admite pruebas RoHS, mientras que EDX-2ABC y EDX-2T integran funciones de análisis de aleación y medición de espesor de recubrimiento al mismo tiempo, adaptándose a escenarios industriales más complejos.

4. Aplicación de los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 en las pruebas RoHS
4.1 Requisitos de la Directiva RoHS y estándares de prueba
La Directiva RoHS es una norma de protección medioambiental para productos eléctricos y electrónicos formulada por la UE. La versión actual es la 2011/65/UE (RoHS 2.0). En comparación con la versión original (2002/95/CE), su ámbito de control se ha ampliado a los dispositivos médicos y equipos de monitorización, y los fabricantes deben conservar los documentos técnicos y las declaraciones de conformidad CE durante al menos 10 años. Esta directiva limita el contenido de 6 sustancias peligrosas, con los siguientes requisitos específicos: Mercurio (Hg) ≤ 1000 ppm, Cromo hexavalente (CrVI) ≤ 1000 ppm, Cadmio (Cd) ≤ 100 ppm, Plomo (Pb) ≤ 1000 ppm, Bifenilos polibromados (PBB) ≤ 1000 ppm, Éteres de difenilo polibromados (PBDE) ≤ 1000 ppm.
La norma correspondiente en China es “Métodos de prueba para sustancias tóxicas y peligrosas en productos de información electrónica” (SJ/T 11365-2006), que claramente designa la espectrometría de fluorescencia de rayos X (XRF) como un método rápido de detección de elementos peligrosos según la normativa RoHS. Los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 se basan en este método y cumplen directamente con los requisitos de prueba de la norma.

4.2 Ventajas de la serie EDX-2 en las pruebas RoHS
Como equipos de prueba RoHS profesionales, los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 tienen ventajas significativas en eficiencia de detección, conveniencia operativa y seguridad:
• Detección rápida sin pretratamiento: El tiempo de detección de la EDX-2A es de 200 segundos, y los modelos de vacío (como el EDX-2AC) Solo toma 100 segundos. No requiere pretratamiento como digestión y disolución de la muestra, y las muestras en forma sólida, líquida y en polvo (como carcasas de componentes electrónicos, partículas de plástico y pasta de soldadura) se pueden analizar directamente, lo que acorta considerablemente el ciclo de detección.
• Alta resolución y precisión: La resolución de los modelos de detector SDD (como el EDX-2AC) alcanza los 129 eV, lo que permite identificar con precisión los rayos X característicos de elementos traza peligrosos como el cadmio (Cd). En combinación con las muestras estándar de la UE y los certificados de calibración proporcionados, garantiza que los resultados de detección cumplan con las normas internacionales y evita errores de cálculo.
Operación visual y protección de seguridad: El equipo cuenta con una cámara de alta definición y un sistema de iluminación en la cámara, lo que permite a los operadores verificar la posición de la muestra en tiempo real y evitar errores de detección causados ​​por una colocación incorrecta de la muestra. Además, el equipo cuenta con funciones de protección contra sobrecorriente y cortocircuito, lo que cumple con las normas de seguridad industrial y reduce el riesgo de daños.

4.3 Caso de prueba práctico
Una empresa de electrónica necesitaba realizar una evaluación de cumplimiento de RoHS en un lote de componentes plásticos importados y utilizó EDX-2A Espectrómetro de rayos X para pruebas:
• Preparación de la muestra: Los componentes plásticos se cortaron en trozos pequeños de 5 cm × 5 cm y se colocaron directamente en la cámara de muestra (tamaño 610 × 320 × 100 mm) sin otros tratamientos;
• Configuración de parámetros: El equipo establece automáticamente el voltaje del tubo a 50 KV, la corriente del tubo a 600 uA y el tiempo de detección a 200 segundos;
• Resultados de la detección: El equipo generó un diagrama de espectro elemental que mostró que el contenido de plomo (Pb) en la muestra era de 850 ppm y el de cadmio (Cd) de 30 ppm, ambos inferiores a los límites de la RoHS, por lo que se consideró conforme. Al mismo tiempo, no se detectaron otros elementos peligrosos, como mercurio y cromo hexavalente, en las líneas espectrales, y finalmente se emitió un informe de prueba de RoHS.

Este caso demuestra que los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 pueden completar rápidamente la evaluación RoHS de componentes electrónicos, proporcionar una base de cumplimiento para las exportaciones de productos de las empresas a la UE y evitar riesgos comerciales causados ​​por sustancias peligrosas excesivas.

5. Otras aplicaciones principales de los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2
Además de las pruebas RoHS, los espectrómetros de rayos X de la serie EDX-2 también integran funciones de análisis de aleación y medición del espesor del revestimiento, ampliando los escenarios de aplicación del equipo:
5.1 Análisis de aleaciones
La función de EDX-2AB, EDX-2ALos modelos BC y EDX-2T permiten el análisis de aleaciones. El EDX-2T detecta todos los elementos de la tabla periódica, desde 11-Na (sodio) hasta 92-U (uranio), y es ideal para la detección de la composición de materiales como acero inoxidable, aleaciones de aluminio y metales preciosos (oro, platino). Por ejemplo, en la industria joyera, el EDX-2T puede determinar rápidamente la pureza de joyas de oro (como Au999, Au750) sin dañar la muestra. En la fabricación de maquinaria, analiza el contenido de cromo y níquel en acero inoxidable para determinar si la resistencia a la corrosión del material cumple con los requisitos de diseño.

5.2 Medición del espesor del revestimiento
La función de EDX-2AC, EDX-2ALos modelos BC y EDX-2T miden el espesor del recubrimiento. Calculan el valor absoluto del espesor del recubrimiento detectando la diferencia en la intensidad de los rayos X característicos entre el recubrimiento y el material del sustrato. Por ejemplo, en la producción de conectores electrónicos, se puede detectar el espesor del recubrimiento de níquel sobre la superficie del sustrato de cobre (como 5 μm o 10 μm) para garantizar la conductividad y la resistencia al desgaste del recubrimiento; en la fabricación de autopartes, se puede monitorear el espesor de la capa galvanizada para evaluar la resistencia a la oxidación de las piezas.

6. Conclusiones 
Basado en el principio de detección de rayos X característicos de los elementos, el LISUN Espectrómetros de rayos X de energía dispersiva serie EDX-2 Permiten la integración multifuncional de las pruebas RoHS, el análisis de aleaciones y la medición del espesor de recubrimientos. Sus características de alta resolución, rápida velocidad de detección y amplia adaptabilidad de muestras los convierten en equipos importantes para el control de calidad industrial. A partir de la comparación de parámetros, diferentes modelos de equipos pueden satisfacer las necesidades de diferentes escenarios. EDX-2A es adecuado para la detección básica de RoHS, el EDX-2AEl BC es adecuado para pruebas integrales en múltiples escenarios, y el EDX-2T ofrece ventajas en el análisis de elementos ligeros. Las empresas pueden elegir el modelo adecuado según sus necesidades.

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