CSTM LX 0000 00901-2022《手持式X射线荧光光谱仪校准规范》编制说明

手持式X射线荧光光谱仪校准规范

CSTM标准编制说明

一、编制标准的目的和意义

基于能量色散X射线荧光光谱法原理的手持式X射线荧光光谱仪，由于体

积小、质量轻、分析元素多、检测快速且无损分析等特点，广泛应用在原材料判

别、矿产勘测、废旧金属回收、事故调查等领域，是不可多得的便携式现场分析

设备。

虽然手持式X射线荧光光谱法大多认为是定性或半定量分析方法，但是由

于探测器等技术的进步，仪器的分析灵敏度越来越高，分析精度也可越来越能满

足现场分析的要求。目前已颁布了国家或行业的相关标准方法，如GB/T

36226-2018,是利用仪器测量不锈钢中的Mn、Ni、Cr、Mo、Cu和Ti的方法；EJ/T

684-2016规定了便携式能量色散X射线荧光分析仪的相关安全及硬件的指标。

另外适用于波长色散X射线荧光光谱法、火花放电发射光谱法分析及其他元素

成分分析方法的标准物质均能适用于手持荧光，这些都为仪器计量性能评价提供

了技术的支持。

尽管手持式X射线荧光光谱仪已在国内应用多年，被认为是常规的分析设

备，市场的保有量也非常之多，但是目前尚无适合的计量技术规范发布，第三方

计量机构和校准单位，实验室无法正确评价仪器的运行状态和计量性能。

二、工作简况

1.任务来源

项目名称：手持式X射线荧光光谱仪校准规范

任务来源：2022年CSTM制修订计划，立项批准号：CSTMLX000000901-2022。

起草单位：钢研纳克检测技术股份有限公司、北京市计量检测科学研究院、中国

计量科学研究院、河钢股份有限公司唐钢分公司、钢铁研究总院有限公司、山西

太钢不锈钢股份有限公司、铂悦仪器（上海）有限公司、湖南省计量检测研究院、

国标（北京）检验认证有限公司

2

本标准主要起草人：毕经亮、赵海波、任玲玲、袁辉、刘爱坤、李玲霞、李

娅、陈雄飞、衷存源、李硕、刘明博、朱林茂、赵少雷、高策、张文诚

归口单位：CSTM

2.编制和协作单位

本标准主要编制单位钢研纳克检测技术股份有限公司。钢研纳克检测技术股

份有限公司是专业从事金属材料检测技术研究、开发和应用的创新型企业，是国

内钢铁行业的权威检测机构，也是国内金属材料检测领域业务门类最齐全、综合

实力最强的测试研究机构之一。公司拥有“国家钢铁材料测试中心”、“国家钢

铁产品质量监督检验中心”、“国家冶金工业钢材无损检测中心”三个国家级检

测中心和“国家新材料测试评价平台——钢铁行业中心”、“金属新材料检测与

表征装备国家地方联合工程实验室”、“工业（特殊钢）产品质量控制和技术评

价实验室”三个国家级科技创新平台，同时也是CSTM发起者之一和秘书处所在

单位。

钢研纳克检测技术股份有限公司的计量研究工作起源于原冶金工业部力学

一级计量站，建有包括“力值”、“硬度”、“温度”、“容量”、“长度”、

“理化”等部级最高计量标准近二十余项，制修订各类国家及行业计量检定规程、

校准规范20余项，通过CNAS认可的检测和校准能力200余项，申报国家级标准

物质/标准样品300多种，在计量技术研究方面具有相当的实力和技术积累。

3.工作过程

2020年7月，钢研纳克检测技术股份有限公司组建了手持式X射线荧光光

谱仪校准规范团体标准起草工作组，包括具有标准制定经验的科研人员、分析技

术人员等。标准起草工作组讨论了具体的工作过程、拟定了相应的工作计划。

2020年7月-2022年1月，调研，校准方法研究并撰写标准草案；

2022年2月-2022年3月，提交立项申请，并进行立项函审；

2022年3月，CSTM批准立项；

2022年3月-7月，比对试验，并形成征求意见稿及编制说明；

2022年8月，向社会公开征求意见，形成意见汇总表；

3

2022年9月，标准审查及修改，形成标准报批稿。

三、标准编制原则

本标准编写主要依据的相关资料如表1所示。

表1标准编写主要依据的相关资料

标准中相应的部分依据的标准编号依据的标准名称

《标准化工作导则第1部分：标准化

标准的结构GB/T1.1-2020

文件的结构和起草规则》

国际单位ISO80000-1-2009《量和单位第1部分：总则》

“参考文献”的编

GB/T7714-2005《文后参考文献著录规则》

写

GB/T13966《分析仪器术语》

GB/T32267《分析仪器性能测定术语》

GB/T36226《不锈钢锰、镍、铬、钼、铜和钛含

量的测定手持式能量色散X射线荧光

标准的术语

光谱法》

EJ/T684《便携式能量色散X射线荧光分析仪》

JB/T12962.1《能量色散X射线荧光光谱仪第1部

分：通用技术》

四、确定标准主要内容的论据

1.仪器工作原理

手持式X射线荧光光谱仪（以下简称仪器）基于能量色散X射线荧光光谱法

的原理，由X射线管发射出原级X射线，入射到样品，样品中的待测元素在高能

X射线的激发下，产生特征X射线，并由高性能SDD探测器接收，经过数据处理，

得到待测样品中的元素含量。

仪器主要由X射线管、准直器、探测器、数据采集与处理系统组成。

2.比对方案

手持式X射线荧光光谱仪的主要校准项目和测量标准见表2。

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表2校准项目及测量标准

序号校准项目计量器具/标准物质

1能量分辨力纯锰片或仪器规定的其他样品

2示值误差不锈钢成分分析标准物质

3重复性不锈钢成分分析标准物质

3.主要技术内容说明

3.1范围

本标准主要适用于基于能量色散X射线荧光光谱法的手持式X射线荧光光谱

仪的校准，尽管这种设备以材料半定量和定性为主，但是其便携易操作的特点使

得在材料分析中应用非常的广泛，目前也有多种相关的国标和行业标准出现，本

标准在范围中对设备做了限定。

3.2测量标准

本标准所用的标准物质是不锈钢成分分析标准物质，选择不锈钢一是由于目

前已颁布了不锈钢成分分析的国家标准，主要测试元素Mn、Ni、Cr、Mo、Cu、

Ti，另一方面仪器在钢铁测试中应用较为广泛，是众多生产厂家的仪器能够测试

的基本功能，还有不锈钢中Cr、Ni等元素含量较高，也比较适合半定量分析的

设备。尽管如此，当仪器主要测试其他基体的材料时，也可参照本标准相关校准

项目和计量性能要求进行，亦需要选择相应标准物质。

测量分辨力的纯锰片是多个能量色散X荧光光谱仪相关标准推荐用的样品，

自制或者购买均可，另外二氧化锰压片、高锰钢(Mn＞20%)、纯银或仪器规定的

其他样品均可，此项主要是检测探测器性能，不强制规定所需样品。

3.3校准项目

3.3.1能量分辨力

本项目作为探测器性能的评价方式，是能量色散X射线荧光类仪器关心的重

要指标之一，它直接反映了探测器的性能。对于可以读取图谱的设备，可以在图

谱上读取或者导出后自行计算。某些厂家已经预设了测量分辨力的程序和方法，

可以直接应用。另外也有的厂家设备难以操作此项目，可以根据实际选做。

3.3.2示值误差

仪器一般会内置标准工作曲线如合金分析、稀土分析等，按照仪器说明书用

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相应质控样品验证后即可进行测试。

对于标准工作曲线不适用的设备，需自行绘制不锈钢分析工作曲线（选择系

列不锈钢标准物质,每个样品至少测定3次，每次测量时间不少于30s，以每个

待测元素强度的平均值对该元素的含量值绘制校准曲线），如有必要，应进行基

体校正和干扰元素校正。当然此条在绝大多数设备中不适用，因为作为半定量和

定性设备，几乎所有厂家都内设了方法，开机即可使用或者简单的质控样品检查

后直接样品测试。

示值误差的校准规定了测量不锈钢标准物质中的Cr和Ni元素，主要基于

这两个元素是不锈钢中的代表元素，含量较高，便于测量，标准物质也宜于获取，

当仪器测量其他Mo、Cu、Mn、Ti等元素时可参照进行。根据实际测量经验，计量

性能要求建议了4个范围段，但是本标准规定校准时选择两个范围段测量即可，

此项也充分考虑了实际的应用。值得注意的是本标准要求的是Cr和Ni两个元素

的各自两个范围段，这样更全面评价仪器的性能。

3.3.3重复性

重复性是评价本设备的重要指标，选择含量（10～20）%的Cr或Ni元素的

不锈钢标准物质重复测量10次，相对标准偏差即为仪器测量重复性。

4.比对实验结果

本标准的比对实验，由仪器用户、生产厂家和计量单位共5家单位参与（见

表3），涉及国内外8个型号/规格的主流仪器，校准项目、校准方法及所用计

量器具/标准物质均按照所给出的比对方案进行。由于各实验室的仪器配置不同，

以及人员操作水平等差异，部分实验室完成的项目不全，实验结果汇总后见表4：

表3比对试验参与单位

序号单位名称

[1]钢研纳克检测技术股份有限公司

[2]钢铁研究总院有限公司

[3]河钢股份有限公司唐钢分公司

[4]山西太钢不锈钢股份有限公司

[5]铂悦仪器（上海）有限公司

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表4手持式X射线荧光光谱仪的比对试验结果汇总

分辨示值误差/%重复性

仪器厂家仪器型号

力/eV0.2～1＞1～10＞10～20＞20/%

Cr：2.5Cr：1.7

钢研纳克[1]PORT-X600145Ni：-1.9Cr：0.23Ni：0.44

Ni：3.4Ni：-0.27

INNOV-XSYCr：1.2Cr：0.55

DeltaDS2000140Ni:1.5Cr：0.43Cr：0.57

STEMS[1]Ni：2.3Ni：0.98

NitonXL2Cr：1.6Cr：0.28

Thermo[1]143Ni:-0.28Cr：0.29Cr：0.99

800Ni：-0.80Ni：0.58

NitonXL3tCr：2.1Cr：0.80

Thermo[2]142.9Ni：1.4Cr：0.57Cr：0.33

980Ni：0.34Ni：-2.4

Cr：-0.13Cr：0.26

聚光盈安[3]Mix5600130Ni：-3.7Ni：-2.8/

Ni：2.6Ni：0.56

SPECTROCr：5.0Cr：-2.8

XHH03140/Ni：-14.8Cr：0.81

[4]Ni：-2.7Ni：1.6

OLYMPUSCr：1.2Cr：-0.06

DE-2000180Ni：-5.2Cr：0.20Cr：0.66

[1]Ni：-0.80Ni：-4.2

Bruker[5]S1TITAN139.78/Ni：-0.54Cr：0.77Cr：-0.09Cr：0.19

5.计量特性

根据比对实验结果，各仪器厂家均可以完成比对试验方案中提到的校准项

目，尽管由于个别单位因为工作曲线设置、标准物质缺失或人员操作能力水平等

原因，未能完成全部项目范围，但根据各单位实验情况和以往经验，校准项目的

设置合理的评价了仪器的性能，代表了评价此类设备的主要计量性能参数，基于

此我们给出了计量性能要求，见表5，仅做参考，不做合格性判定。

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表5计量特性要求

测量范围/%

校准项目

0.2～1＞1～10＞10～20＞20

示值误差Cr/1053

/%Ni201510/

测量重复性3

能量分辨力≤200eV

注1：以上指标不用于合格性判别，仅供参考。

注2：/代表未找到范围内合适的不锈钢标准物质，当有合适的标准物质时可参照另外范

围内元素的要求。

注3：仪器测量其他元素如Mo、Cu、Mn、Ti等可参照Cr或Ni范围规定的要求。

五、与国际同类标准水平对比情况

国外尚无相关的计量技术规范。国内已发布了几个能量色散X射线荧光光谱

仪的地方或行业校准规范：

1）JJF（闽）1047-2011《能量色散X射线荧光光谱仪校准规范》给出了手

持式仪器的计量特性和校准方法，更侧重于台式仪器的校准方案，其中规定能量

分辨力不大于350eV，要求过于宽泛，已远远落后于技术的发展；标准物质指示

不明确，且规定只测量Cr元素，另外划分的误差范围段不适合手持类仪器，且

未给出示值误差的校准，线性误差不适合手持类仪器，给出的线性误差±8%的要

求不适合所有的测量范围段，规定不合理；稳定性不适合手持类仪器；检出限也

不适合手持类仪器。

2）JJF（湘）42-2020《能量色散X射线荧光光谱仪校准规范》也给出了手

持式仪器的计量特性和校准方法，其中示值误差范围分为（0.001～0.1）%和＞

0.1%，以0.1%为分界点不适合手持仪器，因为仪器主要用于半定量和定性用途，

1%以下元素的测量准确性较差，0.1%以下的元素仪器几乎测量不出来；稳定性不

适合手持类仪器；峰背比不适合手持类仪器。

3）JJF（川）165-2019《手持式X射线荧光光谱仪校准规范》给出了手持式

仪器的计量特性和校准方法，其中能量分辨力规定了分辨力不大于300eV，要求

过于宽泛，采用Mn含量大于1%的标准物质，未考虑其他元素的干扰效应，不适

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合实际；重复性和稳定性均用纯铜测试，尽管可以实现，但是由于测量的是基体

元素，强度较高，给出的5%和8%的要求明显不适合，同时重复性测量6次，数

量较少，因为测量1次时间10s左右，易于实现，稳定性测试无必要；测量线性

无必要，因为是半定量和定性设备，不需要此项，也很难满足0.995的要求；检

出限测试的是纯铁中的Cr和Ni元素，纯铁中Cr和Ni元素含量较低，一般小于

0.1%，这已超出仪器的测量范围和标准的规定，两个元素均无法测出，因此本条

规定也不能实现。另外最能直接反应仪器性能的示值误差未列出。

目前国内发布的地方规范均是基于台式能量色散X射线荧光光谱仪的性能

评价，这不适合与手持式仪器，本标准列出的分辨力的计量性能要求及标准物质

如高锰钢、纯锰等均符合现在仪器的要求；示值误差作为校准的主要项目，一方

面保证了溯源性，另一方面可以直接反应仪器的计量性能，是比较适合仪器的校

准参数，同时规定的范围段及其给出的计量性能要求，由比对试验结果、实验室

实际测试的经验以及方法标准的规定，是非常合理且满足实际应用的，另外测量

Cr和Ni元素也能全民评价仪器性能；重复性测量10次可以评价仪器的整机性

能，选择Cr或者Ni元素，也是充分考虑了校准的效率和成本。因次本标准的规

定校准项目代表了仪器的主要计量性能评价参数，校准方法合理，宜于操作，适

合手持式X射线荧光光谱的校准。

六、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本部分编制原则符合国家的有关法规法律，与强制性标准协调一致。

七、重大分歧意见的处理经过和依据

暂无。

八、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办

法等内容）

暂无。

九、废止现行有关标准的建议

暂无。

十、其他应予说明的事项

暂无。

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手持式X射线荧光光谱仪校准规范

CalibrationspecificationforhandheldX-rayfluorescencespectrometer

编制说明

手持式X射线荧光光谱仪校准规范

CSTM标准编制工作组

2022年8月

编制说明

手持式X射线荧光光谱仪校准规范

CSTM标准编制说明

一、编制标准的目的和意义

基于能量色散X射线荧光光谱法原理的手持式X射线荧光光谱仪，由于体

积小、质量轻、分析元素多、检测快速且无损分析等特点，广泛应用在原材料判

别、矿产勘测、废旧金属回收、事故调查等领域，是不可多得的便携式现场分析

设备。

虽然手持式X射线荧光光谱法大多认为是定性或半定量分析方法，但是由

于探测器等技术的进步，仪器的分析灵敏度越来越高，分析精度也可越来越能满

足现场分析的要求。目前已颁布了国家或行业的相关标准方法，如GB/T

36226-2018,是利用仪器测量不锈钢中的Mn、Ni、Cr、Mo、Cu和Ti的方法；EJ/T

684-2016规定了便携式能量色散X射线荧光分析仪的相关安全及硬件的指标。

另外适用于波长色散X射线荧光光谱法、火花放电发射光谱法分析及其他元素

成分分析方法的标准物质均能适用于手持荧光，这些都为仪器计量性能评价提供

了技术的支持。

尽管手持式X射线荧光光谱仪已在国内应用多年，被认为是常规的分析设

备，市场的保有量也非常之多，但是目前尚无适合的计量技术规范发布，第三方

计量机构和校准单位，实验室无法正确评价仪器的运行状态和计量性能。

二、工作简况

1.任务来源

项目名称：手持式X射线荧光光谱仪校准规范

任务来源：2022年CSTM制修订计划，立项批准号：CSTMLX000000901-2022。

起草单位：钢研纳克检测技术股份有限公司、北京市计量检测科学研究院、中国

计量科学研究院、河钢股份有限公司唐钢分公司、钢铁研究总院有限公司、山西

太钢不锈钢股份有限公司、铂悦仪器（上海）有限公司、湖南省计量检测研究院、

国标（北京）检验认证有限公司

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本标准主要起草人：毕经亮、赵海波、任玲玲、袁辉、刘爱坤、李玲霞、李

娅、陈雄飞、衷存源、李硕、刘明博、朱林茂、赵少雷、高策、张文诚

归口单位：CSTM

2.编制和协作单位

本标准主要编制单位钢研纳克检测技术股份有限公司。钢研纳克检测技术股

份有限公司是专业从事金属材料检测技术研究、开发和应用的创新型企业，是国

内钢铁行业的权威检测机构，也是国内金属材料检测领域业务门类最齐全、综合

实力最强的测试研究机构之一。公司拥有“国家钢铁材料测试中心”、“国家钢

铁产品质量监督检验中心”、“国家冶金工业钢材无损检测中心”三个国家级检

测中心和“国家新材料测试评价平台——钢铁行业中心”、“金属新材料检测与

表征装备国家地方联合工程实验室”、“工业（特殊钢）产品质量控制和技术评

价实验室”三个国家级科技创新平台，同时也是CSTM发起者之一和秘书处所在

单位。

钢研纳克检测技术股份有限公司的计量研究工作起源于原冶金工业部力学

一级计量站，建有包括“力值”、“硬度”、“温度”、“容量”、“长度”、

“理化”等部级最高计量标准近二十余项，制修订各类国家及行业计量检定规程、

校准规范20余项，通过CNAS认可的检测和校准能力200余项，申报国家级标准

物质/标准样品300多种，在计量技术研究方面具有相当的实力和技术积累。

3.工作过程

2020年7月，钢研纳克检测技术股份有限公司组建了手持式X射线荧光光

谱仪校准规范团体标准起草工作组，包括具有标准制定经验的科研人员、分析技

术人员等。标准起草工作组讨论了具体的工作过程、拟定了相应的工作计划。

2020年7月-2022年1月，调研，校准方法研究并撰写标准草案；

2022年2月-2022年3月，提交立项申请，并进行立项函审；

2022年3月，CSTM批准立项；

2022年3月-7月，比对试验，并形成征求意见稿及编制说明；

2022年8月，向社会公开征求意见，形成意见汇总表；