首飾的種類繁多且生產工藝各異,，針對不同工藝的首飾,，選擇的X射線光譜儀器也有所不同。除算法和探測器外,，儀器的光路也至關重要,，其設計直接決定儀器的測試性能和品質，進而影響首飾測試的結果,。如果說探測器是儀器的心臟,，算法是儀器的靈魂，那么光路則是儀器的經脈和血管,。

例如我司的XF-A5和XF-A5S產品,，二者的探測器和軟件算法相同，但光路差異很大,，在面對不同樣品測試時,，我們會向客戶推薦不同的產品。A5作為一款通用檢測儀器,，在首飾工廠領域的應用就相對較少,，對于這類客戶，我們會推薦A5S/S5/S6/S8系列產品,，下面通過兩種戒指樣品的案例來說明,。

案例A：戒指內圈成分測試

如圖所示，這個戒指外圈銀色,，內圈表面金色,，箭頭指向的黑色小點為我們測試目標點。

如果我們要檢測這個戒指內圈的黑色小點,，首先需要使用首飾架將戒指內圈暴露在承載環(huán)中心點正上方,。

XF-A5測試（準直器：Φ2.5mm）:由于XF-A5的攝像頭焦點位于承載環(huán)平面上，在測試凸起位置時其成像模糊,。

XF-A5SMC測試（準直器：Φ2.0mm）: A5SMC的X射線與攝像頭共焦點,，其攝像頭可調整焦距，成像更清晰（可參看下方A5和A5SMC軟件界面截圖）,。

使用XF-A5測試（準直器：Φ2.5mm）

使用XF-A5SMC測試（準直器：Φ2.0mm）

測試結論：

該戒指銀白色外圈為鉑金,，內圈為K金。使用A5SMC測試戒指內圈等曲面樣品時，X射線激發(fā)點聚焦于在圓圈內,，而A5的射線實際焦斑超出圓圈范圍,，因此A5SMC相比A5能更準確地反映該戒指真實的測試結果。

案例B：測試鑲嵌首飾

XF-A5測試（準直器：Φ2.5mm）:由于XF-A5的X射線焦斑較大,，在測試鑲嵌首飾時,，射線無法只聚焦于鑲嵌部位，導致鑲嵌部位的測試結果與樣品實際相差極大,。

XF-A5SMC測試（準直器：Φ0.8mm）: A5SMC具備可調準直器且使用第二代垂直光路,，其X射線可精準聚焦于鑲嵌部位，可精準反映鑲嵌部位的實際成色情況,。

使用XF-A5測試（準直器：Φ2.5mm）

使用XF-A5SMC測試（準直器：Φ0.8mm）

測試結論：

如以上案例,，在檢測凹面的首飾、鑲嵌珠寶和較小的首飾時,，選擇符合ISO23345標準的XRF產品,，如擁有雙準直器的A5SMC產品，能更接近待測樣品的真實值,。如果是首飾工廠客戶,，追求更理想的測試結果，可以考慮選擇我司S5MC或者S6,、S8等擁有多準直器切換功能且使用垂直光路的高級產品線,。

既然XRF光路對樣品的測試影響這么大，那么本文就深入研究下XRF光路,，到底是什么,？有哪些種類？其差異化在哪,？優(yōu)缺點在哪,？

從X射線激發(fā)的方向分兩類，一類是X射線從下往上,；另一類是X射線從上往下,。我們在這里先只討論X射線從下往上的情況。

通常XRF光譜儀光路包含兩部分：X射線光路和樣品圖像的光路,。

X射線光路（以西凡A5SMC為例）

X射線光路（西凡A5SMC儀器應用）

X射線光路指在X射線熒光光譜儀中,，X射線從出射經初級濾光片和初級準直器，激發(fā)樣品,，產生的樣品元素的特征X射線進入探測器的光程（如上圖）,。當然也有更復雜的設計,，如增加二次濾光片和二次準直器,，但這種情況不常見。

樣品圖像光路（以西凡A5SMC為例）

樣品圖像光路（西凡A5SMC儀器應用）

圖像的光路是指樣品的可見光被攝像頭采集的光程（如上圖）。這兩部分通常是集成在一起,，組成了XRF儀器的光路,。

幾種常見的X射線能量色散光譜儀的光路介紹：

1. X射線45度角入射到樣品

圖1-1（西凡A5儀器應用）

如上圖1-1所示，X射線從X射線管出射口以45度出發(fā),，經過濾光片和準直器到達樣品,，產生樣品元素各特征射線后被探測器檢測到。攝像頭置于樣品正下方采集圖像,。右邊的綠色模塊為X射線激發(fā)到樣品的實際面積,。因為45度入射的原因，其實際焦斑為橢圓形,，但為了避免誤導,，通常攝像頭圖形使用圓形標記。

圖1-2

這種光路優(yōu)點是結構簡單,，成本較低,，多用于低端產品上。但有兩個缺點：一是實際焦斑為橢圓形,；二是如果樣品是凹面,，實際檢測點和圖像中心點并不在一個位置上（如圖1-2）。

備注：入射光（紅色）為X射線初級射線,，出射光（藍色）為樣品元素的特征X射線,，由于探測器位置的設計，看似是反射效果,，實際是以激發(fā)點為球心,，向球面一起發(fā)射X射線熒光。

使用這種光路結構檢測表面凹凸不平的樣品或者較小的樣品時,，其準確性可能稍差,。在檢測鍍層樣品時，準確性較差,，尤其面對小尺寸多層結構的鍍層樣品,，其無法正常檢測。

目前市面上的大部分低端產品（包括西凡儀器的A5/K5）均采用此類光路,。

2. X射線垂直入射到樣品

圖2-1（西凡代A5S儀器應用）

以上圖2-1為例,，X射線從X射線管出射口以90度出發(fā)，經過濾光片,、準直器和反射鏡后到達樣品,，產生樣品元素各特征射線后被探測器檢測到。攝像頭置于探測器正下方,，與反射鏡處于同一水平位置,，攝像頭和反射鏡處于同一水平位置,，通過反射鏡采集圖像。因X射線是以90度入射,，其實際焦斑為正圓形,。

圖2-2（西凡A5SMC儀器應用）

如圖2-2所示，結構與圖2-1有所差異,，準直器移至反射鏡上方且更靠近樣品,，所以其實際焦斑更小，同時反射鏡采用穿孔棱鏡,，樣品成像更清晰,。

這兩種光路結構因為X射線入射到樣品的焦斑與攝像頭成像的圓心共點，我們也可稱之為“X射線與可見光共焦點光路“,。

兩種垂直光路具體對比參考下圖,。

圖2-3

如上圖2-3所示，兩者均為垂直光路,，且使用的準直器均為Φ2.0毫米,，但兩者準直器的位置不同，X 射線照射到樣品上的實際焦斑大小分別是Φ3.0毫米和Φ2.4毫米,。原因如下圖2-4所示,，準直器越靠近樣品，則X射線激發(fā)到樣品的焦斑直徑越??；同一高度位置的準直器，準直器孔徑越小,，則實際焦斑越?。籜射線管靶材焦點越小,，則實際焦斑越小,。

圖2-4

介紹完光路，那談談為什么垂直光路更優(yōu),，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾點：

A．核心在于實際焦斑的正圓,，而不是45度角形成的橢圓焦斑。

B．檢測有凹面的樣品時,，其檢測點與圖像中心點一致,。

C．對于小樣品（如鑲嵌珠寶或者細鏈子）的鍍層厚度檢測，45度入射光路無法使用,。

目前圖2-1光路的使用較少,，西凡儀器的代A5S/S5/S6以及*立儀器的某些型號使用該光路。

圖2-2光路是目前國際主流X射線能量色散光譜儀光路,，如西凡儀器的A5S/S5/S6系列產品,，A7等,。

其他廠家的光路雖采用類似垂直光路的方案，但設計存在差異,，如斯*克,、Fis****,、日*,、島*等。值得一提的是美國伯*儀器采用攝像頭電機拖動的方法避開了復雜的光學設計,?？偠灾摴饴吩谥?/span>高級產品上廣泛應用,，是實現(xiàn)更小實際焦斑的解決方案,。

不同光路的總結對比，如下表：

實際光路的設計更為復雜,，需要考慮到各部件的干涉,、濾光片的選擇、二次激發(fā)干擾,、計數率,、管電流、儀器整機分辨率和數據穩(wěn)定性的平衡等因素,。

從長期來看,，盡管45度入射光路仍會應用于低端產品，但大趨勢必然是轉向共焦點光路的設計方案,，而中高級產品必然向著追求更小實際焦斑的垂直光路方向去不斷優(yōu)化,。