您的位置：首页 > XRF知识库 > 快速基本参数法

快速基本参数法

2022-05-30 14:52:01   

一、基本参数法
     基本参数法（FP: Fundamental Parameters）是X射线荧光领域的一项重要算法，是XRF厂商和相关研究单位关注的重点。
    Criss和Birks于1968年首先提出用基本参数校正元素间吸收增强效应。随后几十年，基本参数库逐步完善，相关理论计算公式逐步被证明和应用，通常基本参数法计算的范围有：
  （1）X射线管出射谱（或测量得到）；
  （2）X射线光与物质相互作用，即产生元素荧光射线的过程；
  （3）采用迭代求解算法对探测器采集谱和计算谱拟合计算，得到元素含量。
       基本参数法是对X射线的产生入射、X射线与物质相互作用、探测器的采集谱，根据已经掌握的数据库和物理理论进行计算，将计算谱与实测谱进行对比，通过迭代过程不断逼近真实含量。以迭代的收敛的结果，作为定量结果。因此基本参数法大大降低了对标准样品的依赖，目标是对X射线荧光光谱进行无标定量分析。
     显然，基本参数法充分计算了基体吸收效应、元素间吸收-增强效应等，解决了XRF仪器对大量标准物质的依赖，拓宽了适应性，提升了XRF元素定量精度。基本参数法发展到现阶段，其计算精度与其软件能力和完整性等相关。

二、快速基本参数法提升点与优势
      基本参数法对一束X射线光激发样品，产生元素荧光射线过程中的质量吸收系数、跃迁比、谱线分数、荧光产额等计算是基本参数库的内涵，软件采用了基本参数库就可称为基本参数法，显然仅仅采用了理论基本参数库是远远不够的，X射线荧光过程中，仍有许多物理学现象或谱处理尚没有现成的数据库或理论公式。比如：探测器的某些效应、背景的扣除等等，尚有很大研究空间，这也是各XRF厂商基本参数法性能差异所在。
       快速基本参数法（Fast FP^®）是安科慧生研发人员历时十几年，在借助已有成熟的基本参数库以及发表的理论公式基础上，经过对XRF大量物理学实验，进一步开发了一系列先进数学模型（Advanced MM）。结合研发人员对软件开发技术的精通，2019年颁布领先的快速基本参数法，也是国内首先商品化应用的基本参数法。




安科慧生研发人员在如下方面注入精力，Fast FP具备如下特点和优势：
（1）完整性
    通过对已经掌握的基本参数库和理论公式，以及研发的一系列先进数学模型（Advanced MM），快速基本参数法将X射线荧光整个物理过程用数学模型进行描述，其完整性涵盖了XRF整个物理学过程，这是算法理论的根基。其完整性至少包括：
    ① 计算光管原级射线谱
    ② 计算入射样品X射线谱
    ③ 计算样品出射X射线谱
    ④ 计算探测器响应谱
（2）通用性
     快速基本参数法具备完整性的同时，也具备了通用性，其实现了各种XRF硬件条件下的理论计算，软件实现了对硬件的配置和适应。
（3）算法精度
     快速基本参数法（Fast FP）另一特性是采用非线性最小二乘法全谱拟合，而非一般FP采用的对若干选定的谱线进行拟合。这一点极大提升计算精度，实现样品中主量元素和微量元素同步计算和定量分析。
  在未使用标准样品进行校正的情况下，无标定量分析准确度可达到复杂基本样品（矿石、固体废物及其混合物等）主量元素（标准样品值）1%-90%，相对误差≤±10%；杂质元素0.01%-1%，相对误差≤±15%；微量元素0.0001%-0.01%，相对误差≤±25%
    同时Fast FP支持计算值与标准样品标准值之间建立校正曲线，进一步提升元素定量精度。

（4）软件技术（快速）
计算机与软件技术的发展是基本参数法实现的基础，基本参数法运算量庞大，计算时间远大于探测器采集时间。快速基本参数法采用程序设计技巧和CPU多核并行运算，甚至部分运算由GPU单元完成，因此称为快速基本参数法。
（5）可视化与支持开发
     Fast FP功能包括正向计算和反向迭代，正向计算是在特定XRF系统内，Fast FP对已知样品直接计算得到计算谱，此XRF系统探测器采集谱可以同步显示，通过对已知样品对比计算谱与探测器采集谱的一致性，可以评判Fast FP的计算准确性。
    反向迭代是对未知样品计算定量的过程。其步骤是：
①经过解谱算法得到各元素的特征X射线的强度。根据强度之间的关系，设定各元素含量的初始值，计算得到X射线能谱。
②根据计算的谱得到各元素的特征X射线的计算强度，根据计算强度与实测强度的差别，计算含量调整量，得到各元素含量的新值，再计算得到新的X射线能谱。
③不断重复步骤2，经过若干次迭代，计算谱与实测谱基本重合，迭代结束，得到元素定量结果。
   
     Fast FP整个计算过程可见，并且算法软件支持客户根据样品类型设定元素（或化合物）种类等一系列参数，支持对各类样品的应用快速开发。

三、快速基本参数法应用示例
     快速基本参数法扩展了XRF适用范围和元素定量精度，安科慧生研制的单波长X射线荧光光谱仪MERAK系列和高灵敏度X射线荧光光谱仪PHECDA系列采用Fast FP软件进行控制和计算。
    下面是Fast FP2.0对土壤标准样品和植物类标准样品的定量精度示例。
    在无校正曲线的前提下，利用快速基本参数对土壤标准样品（随机抽取3类不同土壤标样）进行检测，Fast FP2.0为全元素检测，此文中仅以土壤中检测重金属为例，对比标准值与FP计算值，汇总如下表：



       对比以上FP计算值与标准值可知：在未经过任何标准样品校正的基础上，FP计算值与标准值的偏差基本在±20%以内，且相对误差具有一致性，为系统偏差，为取得更好的准确度，可采用少量标准样品进行校正系统误差。
       同样，以植物样品为例，直接Fast FP2.0对标准样品检测，考察FP计算值与标准值之间相对误差：


           针对植物类标准物质中微量重金属含量的FP计算值与标准值之间误差多在±30%以内，证明了快速基本参数法采用全谱拟合，对样品中微量元素含量无标定量取的了较高的准确性。
 
原创声明：本文除注明引用之外属于安科慧生（Ancoren）公司原创，若有转发和引用，必须注明出处，否则可能涉及侵权行为！
更详细技术信息，请咨询安科慧生工作人员！
 

立即下载 返回主页