手持式光谱仪是一种可以快速检测材料中元素含量的分析仪器。由于方便携带，可单手测样，因此在金属的来料检测、大型材料的现场分析、土壤中重金属含量检测、探矿、三元催化剂及废旧金属回收行业中得到广泛使用。下图即是一次现场检测316不锈钢的测样结果，仪器采用的是森沙仪器手持式光谱仪HX-5，操作系统是安卓以及仪器原厂APP。通过APP可以发现Ni的检测含量低于国标（10%-14%）要求。由于一般不锈钢供应商成本控制的原因，镍含量一般是贴近国标的最低含量要求，如果质量控制出现问题，则会出现镍含量不达标的情况。在手持式X射线荧光光谱仪的使用过程中，用户很多时候都是在户外使用，即使有时候是在室内的厂房内检测，但厂房内的环境温度也与户外差别不多。在中国的夏季，全国几乎所有户外温度都高于30℃，对于南方地区甚至半年以上户外温度都高于30℃。下图是北京和广东全年平均气温统计图在严苛的高温户外作业环境中，手持式光谱仪的正常工作是否会受到影响？答案是肯定的。作为一台X射线荧光光谱仪（XRF），核心器件是X射线光管（发出X射线）和探测器（接收X射线荧光）。首先说X射线光管，光管可以看作是一台微型的粒子加速器，通过高压加速电子，使其撞击靶材，在撞击过程中产生了X射线。显然，撞击不仅会产生X射线，也会产生热量。基于X射线光管厂商的优良设计，光管的发热温度一般控制在40℃以内。但是两个因素会影响到光管的温度控制，一个是测样的时间及间隔，一个是散热设计。如果使用手持式光谱仪对样品进行不间断的激发，并持续2小时以上，那么光管是会发生过热现象的。但是现实中很少有这种情况，首先是每次测样结束后，用户都会查看检测结果，并判断是否需要继续测样。其次，每次样品的激发短则5-15秒（如测金属），长则5-10分钟（油品等），所以光管在2小时以内是必然会有“喘息”的机会的。那么第二种因素：散热设计，就决定了光管能否控制在正常的工作温度内。其次说探测器，探测器作为一个需要检测到单个X射线粒子的高灵敏度传感器，对噪声的容忍度非常低。任何热噪声、电子噪声的波动都会对检测X射线粒子产生极大的影响。因此探测器制造商采用了真空封装+超低温设计来保证正常的X射线检测。对于上面案例中使用的森沙仪器手持式光谱仪HX-5来说，探测器的工作温度设定为-40℃。通过仪器厂商大量的测试发现，只有低于这个温度，探测器才能稳定得输出测样结果。而为了达到-40℃的工作温度，仪器设计师一般是采用高功率半导体制冷方式，即半导体中通过大电流，使得半导体的两面产生稳定而又巨大的温差，假设温差是85℃。那么探测器能正常工作的最高温度就是45℃，即探测器在低于45℃的环境中都是能够正常工作的。由于仪器内部有X射线光管、探测器、电源、电池及其他电路等，因此对体积小巧的手持式光谱仪来说，其内部的工作温度是远大于环境温度的。那么，如何设计好仪器的散热系统，对一台要获得稳定结果的仪器来说，就非常重要了。散热是怎么做到的？在工程设计之前，我们先简单看下科学的理论基础是什么。上面这个就是散热公式。Φ是散热功率，数值越大表示散热能力越强。Δt表示散热器的温度差，对于手持式光谱仪来说，仪器内部温度是高温，环境温度是低温，仪器的散热器通过内外温差来不断得进行散热，而内部工作温度一般是恒定的，所以散热器的温差取决于外部温度，环境温度越高，则散热能力越差。而h是物质的对流传热系数，它是由散热器的材料决定的。来兼顾散热性能、坚固程度和手持仪器的重量后，一般仪器采用的材料都是铝合金。最后一个A则表示了散热器的面积。那么从这个公式我们可以看到，对任何一个手持式光谱仪散热器来说，在同样的环境温度中，散热器的面积决定了仪器的散热能力。所以如何衡量一台手持式光谱仪是否满足自己工作的环境温度，是一个非常重要的考虑因素。比较幸运的是，中国在散热器设计方面是国际上最领先的国家之一。考虑到中国幅员的辽阔、使用散热器人口的众多，不严谨得话是可以把这个之一去掉。众所周知，在中国北方，暖气供应是一个等同于水电煤的基础设施，而家家户户里的暖气片就是一个散热器。按照我们上面的公式，如何增加散热功率，让暖气片散热能力做得更强，选择什么样的材料、如何增加散热面积、如何改善温差，中国已经有一个庞大的行业人群研究了几十年，所以得益于中国非常领先的散热器研发水平，中国的手持式光谱仪的散热设计也处于行业内遥遥领先的地位。对于手持式X射线荧光光谱仪来说，想了解如何具体做到增大散热器的面积来保证高温环境下的测样稳定性，可以关注森沙仪器，咨询您想了解的仪器散热设计信息。}