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？優缺點在哪？

從X射線激發的方向分兩類，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，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，實際是以激發點為球心，向球面一起發射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，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射線激發到樣品的焦斑直徑越小；同一高度位置的準直器，準直器孔徑越小，則實際焦斑越小；X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，優勢主要體現在以下幾點：

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。總而言之，該光路在中高級產品上廣泛應用，是實現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、二次激發干擾、計數率、管電流、儀器整機分辨率和數據穩定性的平衡等因素。

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化。