專利名稱：用于x射線分析系統(tǒng)的使樣本流受到支持并且與窗口隔開(kāi)的樣本模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于樣本流的X射線分析的設(shè)備和方法。更具體而言，本發(fā)明涉及ー種用于將受到支持的樣本流提供到X射線分析聚焦區(qū)域的樣本處理設(shè)備。
背景技術(shù)：
在諸如醫(yī)療、制藥和石油等很多行業(yè)內(nèi)，對(duì)樣本的X射線分析都是ー個(gè)越來(lái)越引起人們興趣的領(lǐng)域。X射線突光、X射線衍射、X射線光譜、X射線成像以及其他X射線分析技術(shù)的使用幾乎在所有的科學(xué)領(lǐng)域都帶來(lái)了深遠(yuǎn)的知識(shí)增長(zhǎng)。轉(zhuǎn)讓給作為本發(fā)明的受讓人X-Ray Optical Systems, Inc.的美國(guó)專利No. 6934359和No. 7072439公開(kāi)了用于液體樣本的分析的單色波長(zhǎng)色散x射線熒光(MWDXRF)技術(shù)和系統(tǒng)，通過(guò)引用將所述文獻(xiàn)全文并入本文。此外，共同轉(zhuǎn)讓的題為“MovableTransparent Barrier for X-Ray Analysis of a Pressurized Sample，，的美國(guó)專利No. 7277527 (也通過(guò)引用將其全文并入)解決了移動(dòng)的樣本流中固有的特殊問(wèn)題，下文將對(duì)其做進(jìn)ー步的討論。X射線熒光(XRF)是ー種使物質(zhì)暴露于X射線束下，以確定(例如)某些成分的存在的分析技木。在XRF中，暴露于X射線下的物質(zhì)至少有ー些化學(xué)組分能夠吸收X射線光子，并生成特征次生熒光。這些次生X射線表征所述物質(zhì)內(nèi)的所述化學(xué)組分。依據(jù)適當(dāng)?shù)臋z測(cè)和分析，能夠采用這些次生X射線表征ー個(gè)或多個(gè)化學(xué)組分。XRF技術(shù)在很多化學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，這些領(lǐng)域包括エ業(yè)、醫(yī)療、半導(dǎo)體芯片評(píng)估、石油、法醫(yī)等。作為ー個(gè)具體的例子，這些專利公開(kāi)了用于確定石油燃料中的含硫水平的技木，目前，商業(yè)化分析器(SINDIE)在石油煉制設(shè)施、管道設(shè)施和中轉(zhuǎn)油庫(kù)設(shè)施中廣泛應(yīng)用這ー測(cè)量?？梢詫RF技術(shù)用于這ー應(yīng)用(如上文以及貫穿上面結(jié)合的專利討論的)。基本的技術(shù)涉及采用X射線激發(fā)燃料樣本，并檢查所發(fā)射的熒光。每一元素發(fā)射出特有的譜特征。之后，檢測(cè)器測(cè)量所發(fā)射的X射線的波長(zhǎng)，軟件能夠?qū)⑺鶞y(cè)得的這ー譜解析成所述樣本中的硫的重量組成(weighted composition)。XRF流體測(cè)試能夠離線進(jìn)行，即采用臺(tái)式實(shí)驗(yàn)室型儀器來(lái)分析樣本。從材料源(例如，對(duì)于燃料而言，從煉油廠或運(yùn)輸管道)去除所述材料，之后將其簡(jiǎn)單地沉積到樣本室內(nèi)；或者將其沉積到帶有窗ロ的樣本池內(nèi)，之后將所述樣本池沉積到室內(nèi)。離線的臺(tái)式儀器不必滿足任何非常規(guī)的操作/壓カ/環(huán)境/尺寸/重量/空間/安全限制，其只須為人工放置的樣本提供必要的測(cè)量精度。此外，能夠在測(cè)量之間容易地維護(hù)離線儀器。
與離線分析形成対照的是，在線分析在制造過(guò)程中的各個(gè)點(diǎn)上提供對(duì)樣本成分的“實(shí)吋”監(jiān)測(cè)。例如，所有的燃料產(chǎn)品都要遵從含硫量符合性要求，其需要燃料煉制和管道運(yùn)輸過(guò)程中的在線監(jiān)測(cè)的某種變型。但是，煉油廠和管道中的燃料在線分析需要考慮很多一般在離線實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中不存在的操作問(wèn)題。完全自動(dòng)化的燃料樣本處理系統(tǒng)只需要很少的或者不需要人工干預(yù)或維護(hù)。而且，由于流體在管道內(nèi)通常受到壓力作用，因而任何樣本處理系統(tǒng)都必須考慮壓カ差。由于XRF X射線“引擎”(下文將對(duì)其做進(jìn)ー步討論)的某些部分在真空中工作，因而這一點(diǎn)尤為重要。而且，所述儀器的電子裝置需要封裝在防爆外殼內(nèi)，從而與所述樣本處理系統(tǒng)分離。因此，在這ー應(yīng)用中，最為關(guān)鍵的部件之一就是樣本屏障(barrier)，其允許X射線的光子激勵(lì)流體中的硫原子，并允許在所述引擎的檢測(cè)器中計(jì)量所述原子發(fā)射的光子，與此同時(shí)保持X射線引擎內(nèi)的真空和流體的壓力。X射線激勵(lì)引起硫(或其他硬元素)的離子化，并使其隨著時(shí)間的推移吸附到這一界面上以及某些類型的屏障材料上-導(dǎo)致不希望出現(xiàn)的硫殘留，以及所述屏障的X射線透明度的劣化。更一般而言，很多XRF應(yīng)用都需要屏障來(lái)保護(hù)引擎使其免受來(lái)自樣本材料和/或測(cè)量環(huán)境的任何數(shù)量的不利界面效應(yīng)的影響。 上文并入的美國(guó)專利No. 7277527的屏障系統(tǒng)以可移動(dòng)屏障的形式提供了這些問(wèn)題的非常重要并且成功的解決方案，使所述可移動(dòng)屏障按照可編程間隔推進(jìn)，以清潔窗ロ輥(window roll)的部分。盡管這種技術(shù)在這ー領(lǐng)域取得了成功而且很具操作性，但是其仍然存在某些缺陷，包括必須采用由輥、電動(dòng)機(jī)和控制裝置構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)使軋制的屏障材料周期性地推迸。這種屏障移動(dòng)技術(shù)需要壓カ調(diào)整和移動(dòng)部件來(lái)實(shí)現(xiàn)屏障移動(dòng)。這ー屏障移動(dòng)系統(tǒng)本身需要定期維護(hù)(和額外的成本)來(lái)提供其功能，而且由于所述系統(tǒng)的復(fù)雜性將在所述系統(tǒng)中存在潛在的故障模式。因此，需要ー種用于在線X射線分析系統(tǒng)的成本更低、所需的維護(hù)更少的屏障技術(shù)和設(shè)備，其保護(hù)X射線引擎使其免受不利的樣本和環(huán)境效應(yīng)的影響，同時(shí)在不需要過(guò)多的移動(dòng)部分的情況下保持與樣本的界面的完整性和透明度，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的測(cè)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，并且提供了額外的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明一方面是ー種X射線分析樣本處理設(shè)備，其具有用于將樣本流提供到X射線引擎的X射線分析聚焦區(qū)域的室，所述X射線分析聚焦區(qū)域設(shè)置在由所述室界定的空間內(nèi)。將支持結(jié)構(gòu)設(shè)置到由所述室界定的空間內(nèi)，其用于引導(dǎo)樣本流通過(guò)所述聚焦區(qū)域。將第一 X射線透明屏障設(shè)置到所述室的壁內(nèi)，從而允許X射線射向所述聚焦區(qū)域或者從所述聚焦區(qū)域射出。所述第一屏障與所述樣本流分離，從而使樣本不與所述屏障連續(xù)接觸。所述支持結(jié)構(gòu)的形式可以是樣本流在其上流動(dòng)的至少ー個(gè)平坦表面；樣本流在其間流動(dòng)的兩個(gè)平坦表面；具有通道的結(jié)構(gòu)；單個(gè)桿、多個(gè)桿；或管。所述聚焦區(qū)域可以是由射向/來(lái)自所述X射線激勵(lì)路徑和/或X射線檢測(cè)路徑內(nèi)的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的聚焦X射線界定的焦點(diǎn)。所述聚焦光學(xué)裝置可以是彎曲衍射光學(xué)裝置或多毛細(xì)管光學(xué)裝置。所述樣本可以包括具有低粘度或高粘度的基于石油的產(chǎn)品，其需要對(duì)其內(nèi)的分析物進(jìn)行測(cè)量，例如，所述分析物為硫或氯。
本發(fā)明的引導(dǎo)支持結(jié)構(gòu)允許具有不同特征的樣本流流過(guò)X射線聚焦區(qū)域，同時(shí)保持X射線所穿過(guò)的X射線透明屏障的完整性。此外，通過(guò)本發(fā)明的技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了額外的特征和優(yōu)點(diǎn)。在文中詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的其他實(shí)施例和方面，并且將它們視為所要求保護(hù)的本發(fā)明的部分。


在說(shuō)明書(shū)最后的權(quán)利要求中具體指出被視作本發(fā)明的主題，并對(duì)其進(jìn)行了明確的權(quán)利主張。通過(guò)結(jié)合附圖的下述詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，其中圖I是ー種示范性X射線熒光系統(tǒng)的元件的功能框圖；圖2是具有示范性樣本室的示范性X射線熒光源/檢測(cè)“引擎”的等距視圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的與樣本室結(jié)合的MWD XRF分析引擎的示意圖，其中使樣本流在樣本室內(nèi)受到支持；以及圖4a_g示出了根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的支持和引導(dǎo)樣本流的備選實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式文中公開(kāi)了ー種當(dāng)在X射線分析系統(tǒng)中對(duì)樣本進(jìn)行分析時(shí)用于對(duì)樣本進(jìn)行處理的技木。圖I是ー種典型的X射線系統(tǒng)10的功能框圖，所述系統(tǒng)10用于使樣本暴露于X射線輻射下，從而生成熒光輻射，之后可以對(duì)所述熒光輻射進(jìn)行檢測(cè)和分析，以確定所述樣本的特征。典型地，所述系統(tǒng)包括X射線源12、第一 X射線聚焦裝置14、樣本室16、第二 X射線聚焦裝置18和X射線檢測(cè)器20。諸如X射線管的X射線源12生成X射線束22。盡管本說(shuō)明書(shū)中通篇采用了 X射線，但是本發(fā)明可以延伸至中子、粒子束或伽馬射線輻射?？梢岳茅`個(gè)或多個(gè)X射線聚焦光學(xué)器件14使射束22發(fā)生衍射或者使其聚焦，下文將對(duì)此做進(jìn)ー步討論。在樣本室16內(nèi)受到測(cè)試的樣本可以是任何希望獲得其特征測(cè)量結(jié)果的期望物質(zhì)。如果所述樣本是靜態(tài)的(例如，處于離線系統(tǒng)中)，那么所述樣本通常位于相對(duì)平坦的表面上，例如，X射線反射平坦表面或者光學(xué)反射表面。如果所述樣本為固體、液體或氣體，那么也可以使其容納于閉合的容器或室內(nèi)，例如，容納于密封容器內(nèi)，其具有能夠使X射線射束通過(guò)的X射線透明孔ロ?？傮w而言，本發(fā)明涉及可成流形式的需要通過(guò)檢測(cè)室移動(dòng)的低粘度或高粘度樣本(例如，微粒、粉末、液體、氣體或基于液體的材料(例如，具有微粒物質(zhì)的漿體))，所述樣本在所述室內(nèi)施加了某種其他的具有潛在破壞性的力或效應(yīng)。在受到射束24輻射時(shí)，室16內(nèi)的樣本的至少ー種組分受到激勵(lì)，使得所述組分發(fā)出熒光，即，由于受到X射線24的激勵(lì)而生成X射線26的次生源。而且，由于X射線束26通常是X射線的發(fā)散射束，因而利用第二 X射線聚焦裝置18使射束26聚焦，從而生成被導(dǎo)向X射線檢測(cè)器20的聚焦X射線束28，其中，所述第二 X射線聚焦裝置18例如是與裝置14類似的裝置。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然可以認(rèn)識(shí)到，盡管針對(duì)X射線熒光應(yīng)用描述了本發(fā)明的這一方面和其他方面，但是也可以在X射線衍射、粒子束、中子或伽馬射線應(yīng)用中利用本發(fā)明的這一方面和其他方面。X射線檢測(cè)器20可以是正比計(jì)數(shù)器型或半導(dǎo)體型X射線檢測(cè)器(例如，硅漂移檢測(cè)器)或者本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何其他適當(dāng)類型的X射線熒光檢測(cè)器。典型地，X射線檢測(cè)器20產(chǎn)生電信號(hào)30，其至少含有所檢測(cè)到的X射線的某ー特征，將所述電信號(hào)傳送給分析器32，以供分析、打印或其他顯示。圖2 不出了根據(jù)上文并入的題為 “X-Ray Tube and Method and Apparatus forAnalyzing Fluid Streams Using X-Rays” 的美國(guó)專利 No. 7072439 的 x 射線突光組件110。這是ー個(gè)燃料中的硫的分析系統(tǒng)的例子，其也采用了如上文并入的題為“WavelengthDispersive XRF System Using Focusing Optic for Excitation and a FocusingMonochromator for Collection”的單色X射線激勵(lì)和采集的原理。x射線突光組件110(示出的是去除了其外殼的情況)包括X射線源組件112、樣本室組件116和X射線檢測(cè)器裝置120。示出了激勵(lì)路徑內(nèi)的彎曲晶體單色聚焦光學(xué)裝置114，連同處于檢測(cè)路徑內(nèi)的另ー彎曲晶體聚焦光學(xué)裝置118。X射線源組件112生成X射線束122，通過(guò)X射線聚焦光學(xué)裝置114使X射線束122聚焦，從而生成作用于在室組件116內(nèi)接受測(cè)試的樣本上的聚焦射束124。通過(guò)在樣本激勵(lì)室組件116內(nèi)對(duì)樣本進(jìn)行X射線輻射而產(chǎn)生的X射線熒光生成了X射線熒光射束126。通過(guò)X射線聚焦裝置118使射束126聚焦，從而提供被導(dǎo)向到X射線 檢測(cè)器組件120的聚焦X射線束128。在現(xiàn)有技術(shù)的XRF檢測(cè)方法中，使樣本激勵(lì)路徑和檢測(cè)路徑保持在惰性氣體氣氛內(nèi)，例如保持在氦氣氛內(nèi)。然而，惰性氣體的不可獲得，尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，將給這些現(xiàn)有技術(shù)方法的實(shí)現(xiàn)造成不便。相比之下，這里可以使樣本激勵(lì)路徑和檢測(cè)路徑保持在真空中，不需要惰性氣體。例如，可以使圖2所示的系統(tǒng)110的輻射路徑保持在(例如)至少大約15托的真空內(nèi)。可以通過(guò)不具有移動(dòng)部分的文丘里泵(venturi pump)提供真空。然而,如果希望并且可以獲得的話，可以在(例如)壓カ作用下將諸如氮或氦的惰性氣體引入并保持在外殼內(nèi)。采用真空包圍X射線引擎(例如，源、激勵(lì)路徑、采集路徑和檢測(cè)器)在樣本界面上，即在射束124和126的相應(yīng)焦點(diǎn)上導(dǎo)致某些問(wèn)題。在圖2中，并未直接示出引擎與樣本室116的界面，但是其可以由鈹或聚酰亞胺(kapton)窗ロ屏障構(gòu)成，所述屏障堅(jiān)固并且具有必要的X射線透明度。但是，在樣本室及其操作環(huán)境造成如上所述的某些操作困難時(shí)，尤其是在在線系統(tǒng)中，將要求額外的透明度水平。根據(jù)本發(fā)明，圖3通過(guò)示意圖示出了與樣本室260結(jié)合的示范性MWD XRFx射線分析引擎200。如上所述，所述X射線分析引擎可能包含需要與樣本池內(nèi)的樣本對(duì)準(zhǔn)的聚焦區(qū)域(由激勵(lì)和/或檢測(cè)光學(xué)裝置建立的)。在一個(gè)實(shí)施例中，引擎200包括X射線源210和檢測(cè)器250?？梢詫射線光學(xué)裝置220和/或240放置到所述引擎的激勵(lì)和/或檢測(cè)路徑內(nèi)。這些光學(xué)裝置要求與樣本聚焦區(qū)域高度對(duì)準(zhǔn)，從而以上文討論的必要檢測(cè)限度發(fā)揮作用。這樣的光學(xué)裝置包括(例如)彎曲晶體單色光學(xué)裝置，例如，在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利6285506,6317483和7035374中公開(kāi)的那些光學(xué)裝置；和/或多層光學(xué)裝置；和/或多毛細(xì)管光學(xué)裝置，例如，在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利5192869、5175755、5497008、5745547、5745547、5570408和5604353中公開(kāi)的那些光學(xué)裝置。也可以采用光學(xué)裝置/源的組合，例如，在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利7110506、7209545和7257193中公開(kāi)的那些組合方案。通過(guò)引用將上文指出的每ー專利全文并入本文。圖3示出了處于激勵(lì)和檢測(cè)路徑內(nèi)的示范性彎曲単色光學(xué)裝置，其為上文討論的SINDIE硫分析器的引擎配置。然而，光學(xué)裝置可以僅存在于這些路徑之一內(nèi)，其仍然需要精確的對(duì)準(zhǔn)。在一個(gè)例子中，具有上述類型中的任何一種類型的光學(xué)裝置可以僅存在于激勵(lì)路徑內(nèi)，而檢測(cè)路徑可以包括能量色散檢測(cè)器。這是能量色散X射線熒光(EDXRF)系統(tǒng)的通常配置。
光學(xué)裝置220將來(lái)自源210的激勵(lì)x射線222聚焦到樣本室260內(nèi)的聚焦區(qū)域280，并使其単色化。還可以采用光學(xué)裝置240使來(lái)自所述聚焦區(qū)域280的次生熒光x射線242聚焦到檢測(cè)器250上。激勵(lì)X射線222和熒光X射線242穿過(guò)引擎窗ロ屏障290 (例如，被)和室屏障262抵達(dá)室260內(nèi)的樣本通過(guò)其流動(dòng)的聚焦區(qū)域280。文中廣泛采用的“聚焦區(qū)域”意指X射線被導(dǎo)向的/X射線由其射出的樣本分析區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，聚焦區(qū)域可以是通過(guò)使激勵(lì)和/或熒光X射線會(huì)聚而形成的具有處于I到2_之間(或更小)的直徑的小的焦點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，將樣本作為樣本流270提供到樣本室內(nèi)。樣本流在樣本室內(nèi)受到支持，并且與所述室的屏障262隔開(kāi)。樣本室可以是更大的流管系統(tǒng)的部分，圖3示出了所述流管系統(tǒng)的截面，或者所述樣本室可以是具有樣本入口和出口的如下面的圖4所示的相對(duì)有限的空間。因此，文中廣泛采用的“樣本室”意指任何類型的能夠在X射線引擎附近將樣本流限定于其內(nèi)的設(shè)備。文中廣泛采用的“通過(guò)”ー詞意指直接穿過(guò)所述聚焦區(qū)域的流，或者接近所述聚焦區(qū)域的流，其接近程度足以建立可工作的X射線系統(tǒng)中所需的激勵(lì)和/或熒光X射線。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，并參考圖4a_g，公開(kāi)了支持并引導(dǎo)樣本流270通過(guò)樣本室，并使激勵(lì)X射線222能夠激勵(lì)樣本室內(nèi)的樣本流270的聚焦區(qū)域的支持結(jié)構(gòu)。圖4a示出了樣本流能夠在其上流動(dòng)的作為支持結(jié)構(gòu)的平坦表面或“壁”410。圖4b示出了能夠使樣本流270在其間流動(dòng)的作為支持結(jié)構(gòu)的2個(gè)平坦表面或“壁”412 和 414。圖4c示出了具有能夠使樣本流270通過(guò)其流動(dòng)的設(shè)有壁的腔417的具有通道的支持結(jié)構(gòu)416 (以及該結(jié)構(gòu)的沿AA線截取的截面)。圖4d示出了具有能夠使樣本流通過(guò)其流動(dòng)的u形腔419的具有通道的支持結(jié)構(gòu)
418(以及該結(jié)構(gòu)的沿BB線截取的截面)?？梢栽诓槐畴x本發(fā)明的原理的情況下實(shí)現(xiàn)任何能夠引導(dǎo)樣本流的通道截面。圖4e示出了單個(gè)細(xì)長(zhǎng)桿(例如柱或線狀物)420形式的支持結(jié)構(gòu)(以及該結(jié)構(gòu)的沿CC線截取的截面)，能夠采用表面張カ使樣本流270附著至由桿420界定的路徑，從而使其圍繞所述桿流動(dòng)。圖4f示出了由多個(gè)細(xì)長(zhǎng)桿(例如柱或線狀物)422構(gòu)成的集合形式的支持結(jié)構(gòu)(以及該結(jié)構(gòu)的沿DD線截取的截面)，能夠采用表面張カ使樣本流270附著至由桿422界定的路徑，從而使其通過(guò)所述桿流動(dòng)。圖4g示出了具有能夠使樣本流270通過(guò)其流動(dòng)的腔425的中空結(jié)構(gòu)424(以及該結(jié)構(gòu)的沿EE線截取的截面)。可以采用玻璃管，乃至柔性的在壓カ下可膨脹的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例，圖4a_g的示范性實(shí)施例中的每者都可以具有下述特征(I)可以在否則具有密封性的樣本室(例如，圖3的室260)內(nèi)實(shí)現(xiàn)它們當(dāng)中的每者，并使其發(fā)揮支持所述室內(nèi)的樣本流的作用，但是使其與室260的X射線可透過(guò)的屏障262隔開(kāi)；(2)能夠通過(guò)很多種措施中的任何一種將樣本流270提供給這些結(jié)構(gòu)，包括噴嘴、毛細(xì)流、表面張カ效應(yīng)等，在一個(gè)實(shí)施例中，容納樣本的貯存器能夠向支持結(jié)構(gòu)上分配樣本，并單獨(dú)采用樣本源使所述貯存器重新充滿，因此實(shí)現(xiàn)了樣本源與支持結(jié)構(gòu)的形狀之間的解率禹;(3)可以采用所述流沿這些支持結(jié)構(gòu)的表面的包括毛細(xì)管作用的表面張カ進(jìn)一歩界定和/或保持流的期望形態(tài)；(4)可以采用重力作用力進(jìn)ー步界定和/或保持流的期望形態(tài)；(5)可以向這些結(jié)構(gòu)提供額外的刺激，例如，振動(dòng)(包括其他類型的表面張力)和/ 或熱(用于保持ー貫的粘度)，從而界定和/或保持流的期望形態(tài)；(6)可以使所述支持結(jié)構(gòu)具有遵照流的期望形態(tài)的任何方向的取向(例如，水平、豎直等);(7)應(yīng)當(dāng)將所述支持結(jié)構(gòu)的選定位置布置為能夠使激勵(lì)X射線222不受阻礙地射向樣本流，但是在一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)本身可以由X射線可穿透材料形成，從而使所述結(jié)構(gòu)相對(duì)于激勵(lì)X射線222的位置設(shè)定具有更高的靈活性；(8)所述結(jié)構(gòu)可以是剛性的，也可以是柔性安裝的，以界定和/或保持期望流；(9)可以采用圖4a_g的實(shí)施例的任意結(jié)構(gòu)組合界定和/或保持期望流；并且(10)可以將圖4a_g的實(shí)施例中的任何ー個(gè)(或任何組合)與2009年2月24日提交的共同轉(zhuǎn)讓、共同未決的題為“Sample Module with Sample Stream Spaced fromWindow, for X-Ray Analysis System”的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 12/391677的技術(shù)結(jié)合使用，通過(guò)引用將其全文并入本文。在該申請(qǐng)中，采用(例如)加壓噴嘴和/或引導(dǎo)層流氣流使樣本流懸浮。可以采用這樣的壓カ和/或流進(jìn)ー步界定和/或保持期望流，例如，可以將其用在文中描述的處于所述室內(nèi)的支持結(jié)構(gòu)之前、之間或之后。(在該共同未決申請(qǐng)中，流界面表面能夠利用通過(guò)管道的連續(xù)“層流”氣流使樣本流在室內(nèi)保持懸浮。所述的連續(xù)氣流使樣本流的流與室屏障隔開(kāi)，并且能夠采用所述的連續(xù)氣流浄化由樣本產(chǎn)生的不希望出現(xiàn)的煙霧或其他殘留(要么與流動(dòng)的樣本同時(shí)進(jìn)行，要么離線進(jìn)行))。此外，作為同時(shí)發(fā)生的或者単獨(dú)的技木，也可以通過(guò)在流體樣本進(jìn)入所述室內(nèi)時(shí)向其施加壓カ而使樣本流在樣本室內(nèi)懸浮?？梢允辜訅簶颖玖髋c來(lái)自界面的氣流結(jié)合使用，或者可以采用加壓樣本流本身實(shí)現(xiàn)當(dāng)樣本流在樣本室內(nèi)時(shí)的懸浮特性。這ー界面表面還允許對(duì)樣本模塊進(jìn)行水平操作，而不損害懸浮的樣本流，即，如果正確地設(shè)計(jì)了成流(streaming)技術(shù)，那么對(duì)所述室將不存在具體的取向要求。)在流實(shí)施例的一個(gè)例子中，所述流可以具有1-2_的直徑，其對(duì)應(yīng)于焦點(diǎn)的尺寸(因此，使所述室內(nèi)的樣本量降至最低)，而且所述流與室屏障262隔開(kāi)大約2-6mm的距離。文中的樣本泛指任何類型的可成流材料，包括微粒、液體、氣體或基于液體的材料(例如，具有微粒物質(zhì)的漿體)。其包括任何基于石油的產(chǎn)品。本發(fā)明對(duì)于石油燃料中存在的諸如硫或氯的分析物尤為有用，所述石油燒料包括餾出液(汽油或柴油)或者具有低粘度、中等粘度或高粘度的燃料(在環(huán)境溫度下，或者通過(guò)對(duì)其加熱控制其粘度)。本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)識(shí)到對(duì)于這些分析物而言，窗ロ劣化是ー個(gè)尤為嚴(yán)重的有待解決的問(wèn)題。
在一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例中，可以采用單獨(dú)的水流、氣流或其混合物流清潔屏障內(nèi)側(cè)，避免其受到任何無(wú)意中的污染(借助或不借助其自身的引導(dǎo)結(jié)構(gòu)、幕簾等)，從而避免對(duì)與屏障隔開(kāi)的樣本造成干擾，這適用于任何上文討論的例子。這一點(diǎn)是通過(guò)樣本流和這ー屏障的內(nèi)側(cè)之間的間隔實(shí)現(xiàn)的。在另ー改進(jìn)的實(shí)施例中，可以將另一 X射線可透過(guò)屏障作為保護(hù)層放置到所述室內(nèi)接近屏障262的位置上，這一點(diǎn)是借助樣本流和這ー屏障的內(nèi)側(cè)之間的間隔而得以實(shí)現(xiàn)的。這一新的屏障可以是可拆卸的，從而對(duì)任何無(wú)意中的污染進(jìn)行偶爾的清潔。本發(fā)明提供了更加準(zhǔn)確的分析結(jié)果，原因如下(I)由于所述屏障利用受到支持的樣本流保持了清潔，而未采用涉及直接樣本/屏障接觸的系統(tǒng)和/或任何類型的有源屏障清潔/更換系統(tǒng)，因而活動(dòng)部件更少，從而減少了系統(tǒng)的維護(hù) 和成本要求，而且還消除了系統(tǒng)故障的潛在原因。(2)此外，使聚焦區(qū)域與屏障隔開(kāi)還減少了殘留積聚的機(jī)會(huì)，原因如下上文討論的與屏障殘留相關(guān)的問(wèn)題在很大程度上是由X射線聚焦區(qū)域直接處于室屏障上或處于其附近導(dǎo)致的。其増大了屏障上的単位面積X射線通量(由于聚焦光學(xué)裝置)。其提高了對(duì)樣本屏障上的殘留積聚的速率起作用的通量。在本發(fā)明中(從圖3顯然可以看出)，室屏障262位于X射線束222/242的具有較低的単位面積通量的部分內(nèi)，因此在單位面積的基礎(chǔ)上不會(huì)受到X射線的那樣高強(qiáng)度的激勵(lì)。而且，如果殘留物確實(shí)殘留在了屏障上，那么其干擾作用也不會(huì)與過(guò)去焦點(diǎn)處于屏障上的情況一祥。因此，所述隔開(kāi)的屏障即使受到污損也不會(huì)對(duì)分析造成干擾。因此，本發(fā)明提供了至少兩個(gè)同時(shí)具備的重要特征，S卩，其提供了與屏障隔開(kāi)的樣本連同與屏障隔開(kāi)的聚焦區(qū)域。這些作用一起降低了殘留量，以及屏障清潔的必要性。盡管文中已經(jīng)詳細(xì)示出和說(shuō)明了優(yōu)選實(shí)施例，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明的精神的情況下顯然能夠做出各種修改、添加、替換等，因此應(yīng)當(dāng)將其視為落在權(quán)利要求界定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種X射線分析樣本處理設(shè)備，包括 用于將樣本流提供到X射線引擎的X射線分析聚焦區(qū)域的室，所述X射線分析聚焦區(qū)域設(shè)置在由所述室界定的空間內(nèi)； 處于由所述室界定的所述空間內(nèi)的用于引導(dǎo)所述樣本流通過(guò)所述聚焦區(qū)域的支持結(jié)構(gòu)；以及 處于所述室的壁內(nèi)的第一 X射線透明屏障，其允許X射線射向所述聚焦區(qū)域/從所述聚焦區(qū)域射出，所述第一屏障與所述樣本流分離，使得樣本不與所述屏障發(fā)生連續(xù)接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，其中，所述支持結(jié)構(gòu)包括所述樣本流在其上流動(dòng)的至少ー個(gè)平坦表面；所述樣本流在其間流動(dòng)的兩個(gè)平坦表面；具有通道的結(jié)構(gòu)；單個(gè)桿或多個(gè)桿；和/或管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備與X射線分析系統(tǒng)的結(jié)合，所述X射線熒光系統(tǒng)包括所述X射線引擎，所述X射線引擎包括 X射線激勵(lì)路徑；以及 X射線檢測(cè)路徑； 其中，所述X射線激勵(lì)和/或所述X射線檢測(cè)路徑界定了所述室內(nèi)的所述X射線分析聚焦區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)合，其中，所述聚焦區(qū)域?yàn)閄射線焦點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)合，其中，所述X射線焦點(diǎn)是由射向/來(lái)自所述X射線激勵(lì)路徑和/或所述X射線檢測(cè)路徑內(nèi)的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的聚焦X射線界定的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的結(jié)合，其中，所述至少一個(gè)聚焦光學(xué)裝置為彎曲衍射光學(xué)裝置或多毛細(xì)管光學(xué)裝置、聚焦單色光學(xué)裝置以及/或者彎曲晶體或多層光學(xué)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)合，其中，將處于所述X射線檢測(cè)路徑內(nèi)的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的位置設(shè)定為使其輸入焦點(diǎn)處于所述X射線焦點(diǎn)上，并且對(duì)應(yīng)于所述X射線激勵(lì)路徑內(nèi)的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的輸出焦點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)合，其中，所述X射線焦點(diǎn)具有大約l_2mm的直徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的設(shè)備，還包括處于所述第一屏障和所述樣本流之間的用于保護(hù)所述第一屏障的第二 X射線透明屏障。
10.ー種X射線分析系統(tǒng)，包括 具有用于生成X射線激勵(lì)射束的X射線激勵(lì)路徑的X射線引擎，所述X射線激勵(lì)射束被導(dǎo)向X射線分析聚焦區(qū)域； 用于將樣本提供到X射線分析聚焦區(qū)域的樣本室，所述X射線分析聚焦區(qū)域設(shè)置在由所述室界定的空間內(nèi)； 用于采集來(lái)自所述聚焦區(qū)域的次生X射線并將所述次生X射線導(dǎo)向檢測(cè)器的X射線檢測(cè)路徑； 處于所述室的壁上的第一 X射線透明屏障，所述X射線激勵(lì)射束和所述次生X射線穿過(guò)所述第一 X射線透明屏障；以及 處于由所述室界定的所述空間內(nèi)的用于引導(dǎo)所述樣本流通過(guò)所述聚焦區(qū)域并使其與所述屏障隔開(kāi)的支持結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中，所述支持結(jié)構(gòu)包括所述樣本流在其上流動(dòng)的至少ー個(gè)平坦表面；所述樣本流在其間流動(dòng)的兩個(gè)平坦表面；具有通道的結(jié)構(gòu)；單個(gè)桿或多個(gè)桿；和/或管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和11中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦區(qū)域是由射向/來(lái)自所述X射線激勵(lì)路徑和/或所述X射線檢測(cè)路徑中 的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的聚焦X射線界定的；并且其中所述至少一個(gè)聚焦光學(xué)裝置是彎曲衍射光學(xué)裝置或多毛細(xì)管光學(xué)裝置、聚焦單色光學(xué)裝置以及/或者彎曲晶體或多層光學(xué)裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任何一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述聚焦區(qū)域?yàn)閄射線焦點(diǎn)，其中，將處于所述X射線檢測(cè)路徑內(nèi)的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的位置設(shè)定為使其輸入焦點(diǎn)處于所述X射線焦點(diǎn)上，并且對(duì)應(yīng)于所述X射線激勵(lì)路徑內(nèi)的至少ー個(gè)聚焦光學(xué)裝置的輸出焦點(diǎn)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中，所述樣本包括基于石油的產(chǎn)品，其內(nèi)的分析物需要進(jìn)行所述測(cè)量，所述分析物包括但不限于硫或氯。
全文摘要
一種x射線分析系統(tǒng)，具有用于生成被導(dǎo)向x射線分析聚焦區(qū)域的x射線激勵(lì)射束的x射線源；以及用于將流體樣本提供到所述x射線分析聚焦區(qū)域的樣本室。所述x射線激勵(lì)射束由x射線引擎生成，并穿過(guò)處于所述室的壁上的x射線透明屏障，從而在由所述室界定的空間內(nèi)界定分析聚焦區(qū)域。采用引導(dǎo)所述樣本流的支持結(jié)構(gòu)將所述流體樣本提供為在所述空間內(nèi)受到支持的并且流經(jīng)所述聚焦區(qū)域的流。因此，所述室的屏障既與所述聚焦區(qū)域分離又與所述樣本分離，從而得到了對(duì)所述屏障的更低的污損。
文檔編號(hào)G01N23/207GK102792157SQ201180012902
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者J·伯內(nèi)特, S·切利揚(yáng), 辛凱, 陳澤武 申請(qǐng)人:X射線光學(xué)系統(tǒng)公司