验货员论坛

标题: 如何选择测 RoHS 分析仪器 [打印本页]

作者: wangkg 时间: 2007-9-30 10:04
标题: 如何选择测 RoHS 分析仪器

针对欧盟 ROHS & WEEE 指令
如何选择测 RoHS 分析仪器

提要：随着欧盟 ROHS & WEEE 指令实施日期的日益临近，国内越来越多的相关企业在积极的思考和寻找应对的方案；实际上，系统而完善的解决方案不是仅仅企业本身所能完成的，而是需要整个行业、整个产业链，乃至整个国家的努力。目前还没有人提出一套如何选择仪器的方案，为此，我们尝试以下方案供大家参考。
　　X 射线荧光分析技术（ XRF ，又称 X 射线荧光光谱仪）作为一种快速分析手段，为我国的相关生产企业提供了一种可行的、低成本的、并且是及时的，检测、筛选和控制有害元素含量的有效途径；相对于其他分析方法（例如：发射光谱、吸收光谱、分光光度计、色谱质谱等）， XRF 具有无需对样品进行特别的化学处理、快速、方便、测量成本低等明显优势，特别适合用于各类相关生产企业作为过程控制和检测使用。
　　X 射线荧光分析技术可以分为两大类型：能量色散 X 射线荧光分析（ EDXRF ，以下我们简称能量色散）和波长色散 X 射线荧光分析（ WDXRF ，以下我们简称波长色散）；而能量色散型又根据探测器的类型分为（ Si-PIN ）型和 SDD 型。在不同的应用条件下，这几种类型的技术各有其突出的特点；以下将针对欧盟 ROHS & WEEE 指令的具体应用情况，对能量色散和波长色散进行比较和说明：

仪器类型性能指标	波长色散	能量色散
仪器类型性能指标	波长色散	（ Si-PIN ）型	（ SDD ）型
现场应用测量精度	20~50ppm	200~300ppm	100~200ppm
测量时间	1~2 分钟	4~6 分钟	3~5 分钟
被测样品要求	规则形状需要制样	可以不规则形状	可以不规则形状
最佳应用范围	原料半成品	成品电子元器件	原料、半成品成品电子元器件
能量分辨率	高，约 15eV	较低，约 160eV	较低，约 160eV
荧光强度	高	低	较高
技术复杂程度	复杂	简单	较复杂
使用寿命	＞ 10 年	＞ 5 年	＞ 5 年
仪器价格	50 万左右（国产）	25 万左右（国产） 60 万左右（进口）	60 万左右（国产）

　　1 、测量精度： 尽管目前各家能量色散仪器（均为 Si-PIN 类型）生产商和销售商都给出了很高的技术指标，但在实际应用中（特别在被测样品不进行处理的情况下），真正可以期待的准确度都在 200~300ppm 之间（测量塑料中有害元素时，准确度会好一些；对不规则样品，则精度会更差）；同时，对于同类型的仪器，进口仪器的指标和国产仪器之间并没有本质差别（基本配置），但进口仪器的价格却昂贵很多。波长色散测量准确度比能量色散类型要高一个数量级，基本在 20~50ppm 左右。
　　2 、测量时间： 由于波长色散配备较大功率的 X 光管，荧光强度高；因此，波长色散仪器占用较短的测量时间，便能达到较高的测量精度。
　　3 、被测量样品的要求： 由于技术特点的差异，波长色散需要对被测量样品进行简单的处理；对固体样品的一般处理方法是将被测量样品表面打磨光滑，对粉末和其他样品可以采用磨细后进行粉末压片法处理，相应的设备市场上很容易找到。能量色散型仪器最大的优势在于：可以对样品不作特别复杂的处理而直接进行测量，对样品也没有任何损坏，适合直接用于生产的过程控制中；但需要强调指出的是：从荧光理论上讲，被测量样品的预先处理是必须的，对于能量色散仪器来说，我们可以采取一些技术手段进行校正来满足实际生产控制的需要，但即使采用了技术校正的手段，对不规则样品的直接测量也是以牺牲测量准确度作为代价的。
　　4 、最佳应用范围： 由于波长色散和能量色散类型各自的技术特点，两种类型仪器所侧重的应用方案也不尽相同；波长色散具有较高的测量精度，但同时需要对被测量样品进行简单处理，更适用于进厂原材料、半成品、成品的精确检测和质量控制；能量色散虽然测量精度稍差，但具有快速、直接测量各种形状样品的优点，因此可直接在生产线上用于各种部件、电子元器件的检测。
　　5 、能量分辨率： 能量分辨率是仪器的主要指标，分辨率数值越小，分辨率越高，仪器性能越好。
　　6 、荧光强度： 对于仪器来说，各元素含量与该元素的荧光强度成正比关系；荧光强度越高，则统计误差越小，测量的准确度越高，仪器性能越好。
　　7 、使用寿命： 波长色散类型仪器的使用寿命一般为 10 年以上；能量色散类型仪器的使用寿命一般也大于 5 年，影响能量色散型仪器寿命的主要因素是探测器部分老化导致其性能指标变差。
　　针对以上所述各类型 X 荧光分析仪的技术和应用特点，结合不同类型企业的具体情况，我们提出如下仪器配置和解决方案，供企业参考。
　　首先，从 X 荧光分析仪的应用角度，我们将有关生产企业分为三种类型：原料生产商、部件生产商和最终成品生产商。
　　（一）原料生产商：
　　原料生产商，我们定义为在电子类仪器产业链中最上游的材料供应商，原料生产商所提供的原料应该是满足电子类仪器特殊技术要求的相关原材料。从生产过程上来说，无论在原料进厂时，还是在成品出厂时，都可以按照 X 荧光分析技术的要求对样品进行处理。
　　（二）部件生产商：
　　从各种基础原料开始，到生产出能够完成独立功能的部件，处于此环节的生产企业，我们定义为部件生产商。从应用 X 荧光分析仪的角度来说，部件生产商的原料进厂时可以对样品进行处理，而部件出厂检验时一般很难或不可能对样品进行特殊处理。
　　（三）最终成品生产商：
　　最终成品生产商是整个产业链的最后一个环节，也是有害元素检测和控制的最后一个环节。在这个环节中，绝大多数的进厂部件和几乎所有的出厂产品都不能按照 X 荧光分析技术的要求对被测量对象进行技术处理。
　　当然，以上的分类并不是绝对的；很多情况下，同一家企业会涵盖或者交叉以上描述的多个生产环节，我们只是从应用 X 荧光分析技术的角度提供一个分类的原则，具体情况要结合企业本身的情况进行分析。
　　由于 X 荧光分析技术具有快速、准确、无需复杂制样过程、测量成本极低等突出优点，所以 X 荧光分析仪特别适用于对整个生产过程中有害元素（铅、汞、镉、铬、溴）的含量进行检测和控制。但对于不同的生产环节和生产阶段，应该结合不同类型 X 荧光分析技术的特点，进行有效合理的选择和配置。
　　从一般意义的控制理论上说，为了使最终控制目标更为可靠，上游产品的控制指标应该比下游产品更为准确和严格；因此，我们结合控制理论、生产过程的控制要求、 X 荧光分析技术的特点、仪器购买和使用成本等多方面进行综合考虑，提出以下配置方案：
　　1 、原料生产商
　　选择方案：波长色散 X 荧光分析仪；
　　应用方案：对进厂原料作检验和评价；对出厂产品进行检测和控制；同时可以为下游生产商提供具体分析数据。
　　2 、部件生产商：
　　选择方案：⑴ 对于规模较大、产品品种多的企业，建议采用波长色散＋ Si （ PIN ）型能量色散；
　　⑵ 对于中小规模的企业，选择 SDD 型能量色散。
　　应用方案：对于方案⑴，波长色散仪器检测进厂原料，用 Si （ PIN ）型仪器检测出厂产品。对于方案⑵，用 SDD 型仪器对进厂原料和出厂产品进行检测。
　　3 、最终成品生产商：
　　选择方案：对于规模较大、产品品种多的企业，应选择 SDD 型仪器，对规模较小、产品单一的企业应选择 Si （ PIN ）型能量色散仪器；
　　以上的选择方案并不是绝对和一成不变的，对于不同的产品类型，仪器的选择上也会有所差别；需要和有关技术人员进行详细的讨论，以满足实际生产控制要求为原则，并达到最佳的性能价格比。
　　对于 X 荧光分析仪的技术性能指标，我们应该有一个客观和正确的理解和认识。目前，市场上能量色散（ Si － PIN 型） X 荧光分析仪的生产商（包括国内的和国外的）都在自己的市场宣传和资料上提出了 1 ～ 2 ppm 的技术指标，但从技术上，客观的说，在实际的应用中，这个精度是根本无法达到的；在实验室里，针对特殊的基体材料，特殊的测量元素，特殊的元素含量范围，特殊的测量条件和较长的测量时间下，经过特别处理的样品，从理论上来说可以达到 1 ～ 2 ppm 的测量精度，但在实际应用中，我们根本无法去满足这么多的“特殊”；因此，这种技术指标根本是没有意义的，在实际应用中，千万不要以为我们所得到的测量数据有这么高的精度，否则，会给我们的工作和企业带来巨大的损失
　　最后，针对用户在 X 荧光分析仪的选购和使用时应特别注意的问题，提供几点我们的看法，仅供参考。
　　1 、如何客观看待和评价进口、国产仪器的质量水平：
　　随着由北京邦鑫伟业技术开发公司生产的，中国完全自主知识产权的波长色散 X 荧光分析仪的成功应用，特别是理论а系数分析软件的开发成功，从 X 荧光分析设备水平和分析技术水平来说，中国与世界先进国家之间已没有本质差距。特别是针对 ROHS 指令的应用，国产的各类型 X 荧光分析仪与国外仪器相比，在各个方面都已经没有差别。特别的，因为此类仪器的生产批量都不大，所以任何一家仪器生产商的生产过程都是半手工的，在生产工艺上没有什么差别；因此质量水平上没有多大的差别。
　　进口仪器的销售价格之所以高出国产仪器很多，并不是进口仪器的技术水平高很多，而是因为国外的劳动力成本比中国高很多，而且国外仪器公司的利润预期也比中国的仪器生产企业高很多，中国的用户花费了大量的额外的金钱，并没有买到更好的产品。另外，国外产品进入中国市场，大量的中间费用也是造成其销售价格较高的原因之一。
　　另外， X 荧光分析仪器技术复杂，仪器的日常维护维修是必不可少的，国外仪器的维护维修费用是国产仪器的几倍甚至十几倍，而且维修周期长，会给仪器的正常使用带来很大的障碍。 ( 这些可以到从前买过进口产品的用户了解到 )
　　特别需要强调的是：认为进口仪器故障率低，即使购买成本高，但使用起来比较省心，这种观点是错误的；按照目前的统计来看，进口仪器的故障率并不比国产仪器的故障率低。
　　2 、由于能量色散型的仪器精度较低，有时测量的数据不能肯定，这时需找检测部门检测。于是一种叫做电感偶合等离子发射光谱仪（英文简称 ICP ）就出来亮相了。 ICP 是一种能测到百万分之一以下精度的仪器，需要成套的实验室来支持，测量过程也需较多的前期处理，所以费时较长。在有 RoHS 之前是用在环保部门、食品及化妆品（包括对农药残留物的检测）等检测方面。现各国厂家在争夺市场，于是乎，生产 ICP 的厂家就说能量色散的精度不行，倒过来，能量色散型的说 ICP 价格高昂、操作复杂、没有必要那么高的精度等等。应怎么样看待这个问题呢。
　　我们认为，用波长色散型就不存在上面争辩，因为它的精度足够。用检测部门的话来说，测 RoHS 简直是小儿科。因为 RoHS 的指标远不如对食品、化妆品的要求，如用 ICP 的话，可以说是大炮打蚊子也不过之。国外的波长色散 X 射线荧光光谱仪价格几乎与 ICP 价格相同（近百万人民币），所以无法在我国推广，因此，替代价格较低的能量色散型大量进入我国推销。由于能量色散型的测量不放心时，还可以再拿到检测部门去测，于是，国外也就认可用这种设备。能量色散 X 荧光光谱仪具有无损、快速、简便的优点，是没有其他仪器（设备）可代的。
　　我们还要说一下的是，拿到检测部门检测时，并不一定是用 ICP 设备。国家质检总局的六项标准里，有波长色散型（没有能量色散型）标准之外，其它五项测试仪器（都是对各种元素定量分析）分别是：
　　1 、紫外可见分光光度计（国产的就能用），用来测六价铬；
　　2 、原子吸收光谱仪（国产的就能用），用来测铅、镉、铬；
　　3 、原子荧光光谱仪（国产的就能用），用来测汞；
　　4 、液相色谱仪测多溴联苯和多溴联苯醚（国产的就能用）；
　　5 、气相色谱 - 质谱仪测多溴联苯和多溴联苯醚（国产的就能用）。
　　总之，国家质检总局和国家认监委给的六项标准里没有用 ICP （没必要）。而且，国家还考虑到了我国的国情。所有的 X 射线荧光光谱仪和 ICP 对铬，多溴联苯和多溴联苯醚的測量都是测的元素总量，分不出是几价铬，分不出多溴联苯还是多溴联苯醚。可以想象，用户如拿到检测部门测量，是否会用到 ICP 。用户再大，是否必要买 ICP ，就自己考虑了，因你只是对有害物质总量的精确测定，并没将混合物分出。
　　对于小厂家，可以按自己产品可能含什么有害物质来选择仪器，在上面 5 项中，就单个或某一两个选就行。这几项用的仪器（设备）都需要有化学知识的人员操作，是影响其使用的原因。了解各种情况后根据自己情况选择仪器（设备），这是我们最后的忠告。（作

欢迎光临验货员论坛 (http://bbs.wtoqc.net/)