主题:【第十二届原创】云?X荧光光谱法的下一个增长点? Cloud + XRF, The next step forward

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题目是我编造的,这样看起来比较international和professional,是的,我就是这么一个naughty boy。

XRF是我工作之后接触的新原理和新仪器,既无参考书可以借鉴,也没有人员可以垂询(带我的师傅在我入职三个月后离职了),通过不断的比对检测数据和实际值,不断的拆机装机、不断的尝试各种制样方法,终于积攒起粗粝、粗暴的认识,对XRF的感情也非常深。

但是,对于XRF的相关知识,我并没有系统的知识储备,也不知道XRF发展历史中有哪些阶段性的变革,所以“下一个增长点”的说法其实是我杜撰的。

先说几句题外话。

大约十六、七年前,当时的卓越网(现亚马逊中国)搞了一个征文活动,我写了一篇《卓越,请你听我说》获得了征文二等奖(一等奖一个,所以可以理解我排名第二),讲述的其实是营销模式的问题,卓越网奖励我1000礼品卡,并许诺终生免运费。很可惜的是,后来的亚马逊中国不认账了。

大概十三年前,我活跃在bbs.imp3.net,热衷于参加各种数码产品的内测、试用活动,要是全部算起来,迄今试用过的数码产品估计近百。

其实我想说的是,跨界或许是门外汉的一种先天的优势,不至于桎梏于我们现有的认知。

我接触的样品很杂,所以使用过、相对较为了解的分析方法和分析仪器种类很多,这些都对我的思路有帮助,我要是借助仪器信息网这个平台以及原创大赛这个机会“胡说八道”几句,估计专家们应该能海涵。

从2015年的BCEIA开始,我就发现仪器小型化、傻瓜化的趋势非常明显,在设计上会更贴近消费者的需求,注意,我这里不再使用“使用者”或“分析测试人员”的称谓,而使用的是“消费者”。

对于任何类型的分析仪器,检测数据的准确是最基本的要求,也是我们最为看重的要求,但是对于客户的真正诉求和痛点,他们感兴趣的难道真的只是几个干巴巴的数据么?

不一定!

他们很可能想知道的是,我的产品或我购买的商品是否符合要求,我买到的商品到底是什么?我有没有可能找到更好的供货渠道。

你给我看数据?我只能尴尬地笑笑,其实我就想要一个结论。买了你的仪器我还要招人,他会不会骗我其实我也不知道,有没有可能样品进去,结论出来,所有的事情仪器帮我搞定。

以前很难,现在呢?

以前经验跟着人走,不管是检测人员还是销售工程师、还是应用工程师,现在呢?

互联网环境变了,翻天覆地!

计算机的运算能力变了,地覆天翻!

我到汉堡王吃汉堡,居然手机都不用带了,刷脸就行了!

十几年前,我看到帕纳科的衍射能远程操作都觉得是黑科技,现在呢?

我觉得对“云”的运用,各类分析仪器好像都差那么些意思,有些落后于这个外部大环境的发展变化。

最有可能在“云”的运用上有所突破的,是各类基于算法生存和谱图匹配的分析仪器领域,我基于自己的认知想了一下,主要包括:

XRF、SEM-XRF、拉曼、红外光谱(含近红外)、XRD。

对于XRF和SEM-XRF主要体现在云计算和云匹配上;对于拉曼、红外光谱、XRD主要体现在云匹配上。

先说下云计算,XRF的优点在于算法,可以不借助标准样品,对于较宽的元素范围(通常F-U)和较大的动态响应区间(从ppm到%)使用以基本参数法为基础的拟合算法得出半定量的检测结果。缺点也在于算法,集体效应、矿物效应、颗粒效应以及仪器自身硬件特性都会影响最终的结果。要搞一个考虑周全、生命力长且可靠的算法不容易,用起来也可能有诸多的局限性。

可现在情况不一样了,消费者可以在客户端提交原始数据,厂商在云端进行更多变量的拟合,再返回数据,算法越来越快、越来越准(大家想想现在头条的各种推送吧,有时候是不是倒吸一口冷气)。硬件到时候不是核心卖点,而算法以及样品库是最大的卖点。消费者也完全可以按次缴费,降低自己的检测成本或者提高仪器的共享利用率。

除了返回检测数值以外,厂商还可以通过与消费者共同建库的模式,通过数据比对、匹配返回更明确的信息。

例如:

消费者通过检测一个白色粉末的样品(注意,检测时色度、粒度及粒度分布信息都有可能同时被采集上传),数据在云端计算出氧化铝含量46%,二氧化硅含量49%,二氧化钛含量2%,氧化铁1%,进而给出高岭土匹配度99的结论。

一旦算法足够精准、样品库足够大,甚至可以给出原产地信息。

例如:

样品氧化铁含量和二氧化硅含量与澳大利亚XX矿区铁矿吻合度较高;

样品氧化铁含量与澳大利亚XX矿区铁矿含量吻合,但是二氧化硅、氧化铝含量与典型值差距很大,与XX矿区铁矿(低品位)一致,要考虑掺入高铁含量物质造假的可能性。

样品的微量元素与波尔图地区土壤的微量元素含量吻合,你买到的是真酒。

SEM-XRF做面扫描的时候,可以通过准确的云端计算得出夹杂物的成分,并进而匹配出夹杂物可能的物相(目前物相还是靠经验以及XRD佐证)。

云匹配不说了,匹配是更加纯粹的数学计算方法,已经非常成熟了,很多物相识别仪(拉曼光谱)已经在使用这种方式,避免单机数据库不全、更新不及时对检测准确性造成影响。

对于单机版表现已经非常强悍的XRF,我们有理由相信云端的算法会更强悍,到时候只要各家厂商能通力协作开放共享硬件参数(不但因厂商而异、而且因各个仪器而异),实现原始数据的标准化(Normalize),共同打造、完善云端的算法,XRF很有可能会有更加广泛的应用前景。



(附图为此次BCEIA上我到访的安科慧生展位,样机展示了高度开放以及参数高度细化的算法,它的表现让我进一步坚定了我文中所述观点)

P.S.

全文完,感谢仪器信息网和各位坛友的支持,CrazyAnalyst战队第12届原创大赛收官了!希望来年有更多的坛友、同行加入我的战队,为分析测试的科普以及做一个更省事、更强势的消费者而努力奋斗。
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非常赞佩“仗剑少年”到高瞻远瞩,文章读起来更是朗朗上口,这样的发散思维,深入浅出诠释了XRF发展方向。这样具有思想的高端用户,如果XRF仪器厂商重视并采用,将———!倒不用担心,国外XRF厂商,并没有那么重视国内分析仪器的思想人士吧?!
我从业XRF研发与应用近十年,以我浅显的认知继“仗剑少年”上文:
1.XRF将继拉曼、红外、质谱(指纹,尤其GCMS)等之后成为定性鉴别的有利工具
元素指纹图谱XRF具有先天优势,元素分析范围宽、检出限越来越低、FP(基本参数法)算法元素准定量(暂且让我以“准定量”来描述吧,大多XRF从业者对FP定量心存疑虑,这项技术绝对是XRF的未来,实际上,说精确定量,大多人不服,不服是因为没有看到过好的!如果说半定量,我心有不甘,请允许我说“准定量”吧,是准确还是准备,拭目以待!)。
这些XRF所具备的特点,结合样品处理简单与无损、快速,具有得天独厚的优势获得具有鉴别特质的元素图谱。如“仗剑少年”所说,借助大数据、开放化、网络,将有一片宏伟的蓝天。应用领域何止矿物鉴别,还有食品溯源、奢饰品鉴别-----,就不继续“剧透”了。
2.XRF定量能力达到亚ppm水平,尚有继续降低的空间
近十年,XRF是元素分析发展最快的技术,从十年前常量分析,到如今可以分析到0.1ppm(当然根据样品类型和基体有所差异)含量,可以预言,未来十年更是XRF技术发展的黄金期。已经有的技术有超快速高分辨SDD、X-Ray单色化器、高通量与微焦斑X-Ray tube等等,已经出现的技术尚有提升空间,何况还有“待孵化”的技术呢!期待吧!
3.FP算法将成为XRF的利器
FP算法之XRF,就犹如Windows之Computer.  XRF在原理上可实现元素无标定量分析,因为XRF可以将物理学数学模型化,从入射射线、元素荧光强度关系、探测器效率等等,都可以建立可靠的数学模型,这就是FP算法需要干的事情。FP算法非常复杂,计算量相当大,当然当前COMPUTER的计算速度,助推了算法发展。
FP算法持续发展中,当前不是“有”与“无”的问题,而是到那个阶段(或者说到哪种高度)的问题,比如说:定量精度、支持用户开发、校正模型、可视化等等等等。
总之,我如同众多XRF从业者,希望这个工具能够更加锋利,成为您手中的“利剑”。
该帖子作者被版主 玉米馒头10积分, 2经验,加分理由:言之有道
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弱弱的问一句:XRF对那些合金类或者是带镀层材料的分析如何看待呢?
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原文由 Anchortech(v2757820) 发表:非常赞佩“仗剑少年”到高瞻远瞩,文章读起来更是朗朗上口,这样的发散思维,深入浅出诠释了XRF发展方向。这样具有思想的高端用户,如果XRF仪器厂商重视并采用,将———!倒不用担心,国外XRF厂商,并没有那么重视国内分析仪器的思想人士吧?!我从业XRF研发与应用近十年,以我浅显的认知继“仗剑少年”上文:1.XRF将继拉曼、红外、质谱(指纹,尤其GCMS)等之后成为定性鉴别的有利工具元素指纹图谱XRF具有先天优势,元素分析范围宽、检出限越来越低、FP(基本参数法)算法元素准定量(暂且让我以“准定量”来描述吧,大多XRF从业者对FP定量心存疑虑,这项技术绝对是XRF的未来,实际上,说精确定量,大多人不服,不服是因为没有看到过好的!如果说半定量,我心有不甘,请允许我说“准定量”吧,是准确还是准备,拭目以待!)。这些XRF所具备的特点,结合样品处理简单与无损、快速,具有得天独厚的优势获得具有鉴别特质的元素图谱。如“仗剑少年”所说,借助大数据、开放化、网络,将有一片宏伟的蓝天。应用领域何止矿物鉴别,还有食品溯源、奢饰品鉴别-----,就不继续“剧透”了。2.XRF定量能力达到亚ppm水平,尚有继续降低的空间近十年,XRF是元素分析发展最快的技术,从十年前常量分析,到如今可以分析到0.1ppm(当然根据样品类型和基体有所差异)含量,可以预言,未来十年更是XRF技术发展的黄金期。已经有的技术有超快速高分辨SDD、X-Ray单色化器、高通量与微焦斑X-Ray tube等等,已经出现的技术尚有提升空间,何况还有“待孵化”的技术呢!期待吧!3.FP算法将成为XRF的利器FP算法之XRF,就犹如Windows之Computer.    XRF在原理上可实现元素无标定量分析,因为XRF可以将物理学数学模型化,从入射射线、元素荧光强度关系、探测器效率等等,都可以建立可靠的数学模型,这就是FP算法需要干的事情。FP算法非常复杂,计算量相当大,当然当前COMPUTER的计算速度,助推了算法发展。FP算法持续发展中,当前不是“有”与“无”的问题,而是到那个阶段(或者说到哪种高度)的问题,比如说:定量精度、支持用户开发、校正模型、可视化等等等等。总之,我如同众多XRF从业者,希望这个工具能够更加锋利,成为您手中的“利剑”。
好长的回复,不知道是哪位大神。
我这些年越来越觉得数学真是基础的基础。
化学的发现离不开物理,而物理领域的各种验证得依仗数学。
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原文由 AK-47(冲)(scott-vip) 发表:弱弱的问一句:XRF对那些合金类或者是带镀层材料的分析如何看待呢?
镀层是算出来的,也是数学模型。
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原文由 AK-47(冲)(scott-vip) 发表:
弱弱的问一句:XRF对那些合金类或者是带镀层材料的分析如何看待呢?


XRF是非常擅长分析合金,但对合金中轻元素(Si\P\S等)定量能力稍弱;

镀层膜厚分析,要依赖FP算法,这个是基础。
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楼上两位老师,我的意思是说部分金属材料表面带有金属镀层,想知道底材的结果,XRF目前有什么控制吗?
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原文由 AK-47(冲)(scott-vip) 发表:楼上两位老师,我的意思是说部分金属材料表面带有金属镀层,想知道底材的结果,XRF目前有什么控制吗?
如果只想知道底层金属材料,就简单了,XRF基本都可以,如果知道镀层膜厚,得依赖FP算法
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原文由 AK-47(冲)(scott-vip) 发表:楼上两位老师,我的意思是说部分金属材料表面带有金属镀层,想知道底材的结果,XRF目前有什么控制吗?
知道镀层成分和厚度,在条件允许的情况下有可能直接获得基材成分(依赖算法)。
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原文由 Anchortech(v2757820) 发表:如果只想知道底层金属材料,就简单了,XRF基本都可以,如果知道镀层膜厚,得依赖FP算法
有前提,镀层金属成分与基材成分没有重合(实际上可能不会,但是从严谨的角度要考虑这种可能)