在 XRF 元素分析中,除了 X 光管、激發電壓(kV)、電流(μA)與偵測器之外,X-ray 實際照射到樣品的範圍大小,也會直接影響我們「分析到哪一個區域」。這個 X-ray 照射區域通常稱為 X-ray 光斑(Spot Size)。
當樣品尺寸較小,或只想分析 PCB 焊點、電子零組件、微小污染物、礦物顆粒或材料上的特定位置時,就需要更精確地控制 X-ray 光斑。光斑越能符合實際目標區域,就越能針對真正想分析的位置取得元素資訊。
常見的方式包括:
兩者都能控制 X-ray 照射區域,但原理與適合的分析需求並不相同。
準直器(Collimator)
準直器(Collimator)是一種用來限制 X-ray 光束範圍的元件。透過特定尺寸的孔徑,阻擋外圍的 X-ray,只讓部分 X-ray 通過,進而縮小照射到樣品上的分析區域。
許多配備準直器的 XRF 儀器會提供多種光斑尺寸(常見約落在 1~10 mm 範圍)選擇,使用者可依照樣品及目標區域大小選擇適合的分析範圍。
較大光斑 → 適合較大、均勻的樣品,可取得較具代表性的平均成分
較小光斑 → 適合小型零件、焊點或特定區域,可減少周圍材料訊號的干擾
準直器的限制
較小的光斑確實可以縮小分析區域,提高測點的空間選擇性,但準直器是利用孔徑限制 X-ray,因此當孔徑縮小時,也會有更多 X-ray 被阻擋,可利用的 X-ray 通量通常也會降低,因此選擇小光斑時,需要拉長分析時間,但有時拉長分析時間也無法得到足夠的元素訊號。
多毛細管 X-ray 光學元件(Polycapillary)
如果希望將 X-ray 進一步集中到更微小的區域,只使用傳統準直器會面臨一個問題:
孔徑越小,可以通過的 X-ray 也越少。
因此,在 Micro-XRF(微區 XRF)系統中,常使用另一種 X-ray 光學技術——多毛細管 X-ray 光學元件(Polycapillary X-ray Optics)。Polycapillary 內部由大量非常細小的中空玻璃毛細管組成。X-ray 進入毛細管後,可以藉由掠入射條件下的全外反射(Total External Reflection)沿著毛細管傳遞,將一定角度範圍內的 X-ray 收集並將其聚焦至微小區域,在微區分析時維持較高的有效 X-ray 通量與激發強度。
因此,相較於傳統準直器(Collimator)利用孔徑限制 X-ray,Polycapillary 透過多毛細管收集、導引並聚焦 X-ray,將更多 X-ray 能量集中於微小分析區域,因此可大幅提高微區的激發強度與元素訊號。

Collimator 還是 Polycapillary?該怎麼選?
選擇的關鍵並不是「哪一個比較好或比較貴」,而是實際需要分析的區域有多小。
如果需要:
小零件、焊點或特定區域的快速元素分析
→ Collimator 適合毫米(mm)級的局部分析
如果需要:
更微小區域、微污染定位、材料微結構或元素 Mapping
→ Polycapillary 適合微米(μm)級的微區分析

結論
XRF 的光斑並不是越小越好,而是要依照目標分析區域的大小與分析目的,選擇適合的光學設計。
準直器(Collimator)利用孔徑限制 X-ray 照射範圍,可提供不同尺寸的毫米級光斑,適合焊點、小型零件及局部區域分析。
當分析範圍進一步縮小至數百 μm 甚至數十 μm 的微區時,多毛細管 X-ray 光學元件(Polycapillary X-ray Optics)則更具優勢。透過收集、導引與聚焦 X-ray,可將 X-ray 集中於微小區域,大幅提升微區分析的元素訊號,適合微小污染、材料微結構及元素 Mapping 等應用。
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