專利名稱：一種偏振二次靶能量色散型x射線熒光光譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光譜儀，特別涉及一種偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀。
背景技術(shù)：
能量色散型X射線熒光光譜技術(shù)(EDXRF)以其簡便快捷、無損分析等優(yōu)點，在生產(chǎn)、科研等各個行業(yè)都有非常廣泛的應(yīng)用，尤其在環(huán)保領(lǐng)域的檢測更將該項技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用推向了一個前所未有的高度。目前市場上主流EDXRF儀器的基本結(jié)構(gòu)如圖I所示的二維設(shè)計，X射線管被激發(fā)產(chǎn)生射線入射樣品，繼而產(chǎn)生樣品熒光被探測器接收，再經(jīng)譜處理分析，得到測試結(jié)果，有效X射線的傳播被約束在一個二維平面內(nèi)，這樣的結(jié)構(gòu)具有探測效率高，散射干擾小等優(yōu)點，一 直以來被業(yè)界所廣泛采納。隨著應(yīng)用的不斷深入，開發(fā)和應(yīng)用工程師們不斷嘗試通過改變光管輸出、加裝濾光片、縮短光路、加裝真空等手段以達到光譜局部強化、降低散射背景、削弱空氣光路干擾等目的并取得了一定的成績，但這種二維光路結(jié)構(gòu)始終制約著技術(shù)的發(fā)展，因為可供操作的空間畢竟有限。隨著技術(shù)的革新，目前出現(xiàn)了偏振二次靶光路一利用三維偏振激發(fā)源，X射線管、偏振靶或二次靶與試樣的幾何布局是三維，使用偏振光或二次靶激發(fā)樣品的技術(shù)。目前，對于能量色散X射線熒光光譜儀，經(jīng)常遇到的一個問題是，有些必須檢測的微量元素的特征X射線能量恰好稍低于基體材料中某種高含量元素的特征X射線的能量在這種情況下，由于高含量元素特征X射線在探測器上的低能拖尾(對常量元素影響不大，但對微量元素測量影響很大)和/或逃逸峰的影響，微量元素的檢測非常困難，這給X射線熒光能譜儀的應(yīng)用帶來了巨大的挑戰(zhàn)，即使采用上述的偏振二次靶光路，利用熒光二次靶的選擇激發(fā)，也只能解決微量元素的特征X射線能量顯著低于高含量元素特征X射線的情況，而對于微量元素的特征X射線能量稍低于高含量元素特征X射線的情況，由于熒光二次靶出射的熒光X射線至少有2條不同能量的強譜線，很難做到只激發(fā)待測微量元素?zé)晒舛煌瑫r激發(fā)高含量干擾元素?zé)晒?，雖然有些許效果，但不能根本解決問題，總體來說目前還沒有見到處理這種情況的有效技術(shù)手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述技術(shù)的不足，提出一種偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，以實現(xiàn)光譜儀的熒光譜無背景和選擇激發(fā)功能，并可以檢測出樣品中的低含量元素，提高了測試的準(zhǔn)確性和效率的目的。本發(fā)明的另一目的是在二次靶的出射光路上安裝濾光片，達到可以將二次靶出射的熒光譜線(至少2條強譜線)過濾到只剩一條強譜線，其他的強譜線被濾光片吸收到很低的目的。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，光譜儀將二次靶和樣品兩個平面布置在空間立體光路上，光譜儀的X光管射出原級X射線，所述的原級X射線以45°角入射到二次靶上，從二次靶上以45°出射的原級X射線的散射線是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射線，原級X射線在二次靶上激發(fā)的靶材特征X射線為各向同性的圓偏振線，且為分立譜線。二次靶的散射線按空間立體光路，以45°角入射到樣品上，入射線中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，經(jīng)過樣品平面的再次偏振出射時，在45°全偏振的原級X射線的散射線不會在樣品上產(chǎn)生45°角出射的散射線，即偏振消光；原級X射線在二次靶上激發(fā)的靶材特征X射線為各向同性的圓偏振線，且為分立譜線；入射線中的靶材特征譜被樣品散射后是全偏振，樣品被激發(fā)的特征X射線為圓偏振的線光譜；樣品被激發(fā)的特征X射線由探測器接收并分析，探測器在45°角只接收到樣品中的元素被激發(fā)的特征X射線及二次靶特征X射線的散射線。 進一步的，原級X射線為X光管出射的連續(xù)的軔致福射及分立的靶材特征線，是各向同性的圓偏振X射線。進一步的，二次靶的散射線按空間立體光路，以45°角入射到樣品上，入射線中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，即散射部分在出射時不會再出現(xiàn)的包括連續(xù)譜和靶材特征譜。進一步的，靶材特征譜被樣品散射后包括康普頓散射和瑞利散射，是全偏振的分立譜。進一步的，二次靶采用巴克拉靶，所述的巴克拉靶用二次靶的散射線來激發(fā)樣品。進一步的，二次靶采用熒光二次靶，所述的熒光二次靶采用二次靶出射的熒光譜線激發(fā)樣品。進一步的,原級X射線包括連續(xù)譜和祀材料的分立特征X射線。進一步的，在二次靶的出射光路上加有濾光片，所述的濾光片將二次靶出射的熒光譜線過濾到只剩一條強譜線，其他的強譜線被濾光片吸收到很低。進一步的，濾光片的材料和厚度是經(jīng)過計算，使二次靶出射的多條特征熒光X射線變成準(zhǔn)單色X射線。采用上述技術(shù)，本發(fā)明的有益效果有用X射線發(fā)生裝置產(chǎn)生的一次X射線去照射二次靶材，用二次靶材在一次X射線的照射下產(chǎn)生的單色激發(fā)源照射樣品，實現(xiàn)光譜儀的熒光譜無背景和選擇激發(fā)功能，可以上去除而實踐上極大降低探測器檢測到的熒光能譜的連續(xù)散射背景，提高峰背比，降低微量元素檢測的檢出限，并可以檢測出樣品中的低含量元素，提聞了測試的準(zhǔn)確性和效率。本發(fā)明的第二個有益效果是在二次靶的出射光路上安裝濾光片，可以將二次靶出射的熒光譜線(至少2條強譜線)過濾到只剩一條強譜線，其他的強譜線被濾光片吸收到很低，通過此項技術(shù)，達到用準(zhǔn)單色激發(fā)源照射樣品，實現(xiàn)光譜儀的選擇激發(fā)功能，可以檢測出含有高含量干擾元素的樣品中的微量的待測元素。


圖I為二維EDXRF基本光路示意圖；圖2為光的偏振示意圖；圖3為布儒斯特實例示意圖；圖4為偏振二次靶空間立體光路原理解析示意圖；圖5為偏振二次靶空間立體光路原理解析示意流程圖；圖6為普通二維光路和偏振二次靶光路測試EC680K樣品譜圖對比示意圖；圖7為普通二維光路和偏振二次靶光路測試高Br樣品譜對比示意圖；
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。如圖2所示，布儒斯特定律認為，圓偏振光在兩種各向同性的介質(zhì)分界面上發(fā)生反射和折射時，反射光和折射光都是部分偏振光，反射光中振動方向垂直于入射面的成分比平行于入射面的成分占優(yōu)勢；光從折射率為Ii1的介質(zhì)入射折射率為n2的介質(zhì)時，當(dāng)入射
角ib滿足時，反射光變?yōu)槿窆?，入射角ib稱為布儒斯特角。就X射線而言，在 n\
空氣和介質(zhì)中的折射率Ii1和112都約為1，因此布儒斯特角約為45度。我們在儀器中將二次靶和樣品兩個平面布置成如圖3所示的空間立體光路，圓偏振的原級X射線(包括連續(xù)譜和靶材料的分立特征X射線)以45°角入射到二次靶上，從二次靶上以45°出射的散射線，是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射線，而原級X射線在二次靶上激發(fā)的靶材熒光是各向同性的圓偏振線。從二次靶出射的譜線按圖3所示的空間光路，以45°入射到樣品上，入射線中的散射部分(偏振方向平行于此次的入射平面)在出射時不會再出現(xiàn)；而入射線中的二次靶靶材的熒光X射線被樣品散射后(包括康普頓散射和瑞利散射)是全偏振的；樣品被激發(fā)的特征X射線是圓偏振的。從上面闡述的過程可以看出，理論上，X光管出射的連續(xù)譜以及光管靶材的特征X射線，是不會進入探測器的，即消除了 EDXRF儀器測試的譜中對解譜和測試精度影響最大的連續(xù)散射背景。在實際應(yīng)用中，不可能滿足理想的全偏振相消的條件，但大幅度地降低散射背景的目的是可以達到的。綜合以上描述，普通二維EDXRF儀器測試的譜中對解譜和測試精度影響最大的背景峰，由于主要源自X射線管出射譜中的連續(xù)部分，在三維光路中能夠被兩次偏振完全消除；三維結(jié)構(gòu)中的二次靶材可以比較方便的更換或者切換，這就為元素的選擇激發(fā)提供了可能。以上是我們所見到的偏振二次靶儀器的基本光路，出是本發(fā)明所采用的基本光路，本發(fā)明即可采用巴克拉靶做二次靶，也可采用熒光二次靶。巴克拉靶用二次靶的散射線來激發(fā)樣品，熒光二次靶采用二次靶出射的熒光譜線激發(fā)樣品。本發(fā)明專利，采用在二次靶的出射光路上加濾光片的辦法，使無法上去除而實踐上極大降低探測器檢測到的熒光能譜的連續(xù)散射背景，提高峰背比，降低微量元素檢測的檢出限的問題，得到非常有效地解決。通過選擇合適材料并且具有合適厚度的濾光片，可以將二次靶出射的熒光譜線(至少2條強譜線)過濾到只剩一條強譜線，經(jīng)過合理配置二次靶和濾光片，使保留下來的這一條強譜線正好適合激發(fā)待測微量元素的特征熒光X射線，而正好不能激發(fā)高含量元素特征X射線，這樣就可以消除或顯著降低高含量元素特征X射線對微量元素的特征X射線的干擾，使微量元素的檢出限顯著降低。我們稱之為準(zhǔn)單色選擇激發(fā)。用這樣的配置，我們對含有高含量Ti的塑膠樣品中Cl元素、含有高含量Br (阻燃劑)的塑膠材料中Pb、Hg元素、焊錫材料(主成份為Sn)中Cl元素含有高含量Bi的半導(dǎo)體材料中Pb元素進行了檢測，檢出限由常規(guī)的X射線熒光能譜儀的幾百到上千ppm降低到IOppm以下，檢測精密度和準(zhǔn)確度也得到顯著提高。采用本專利技術(shù)開發(fā)的儀器即可以按基本光路工作，達到大幅降低散射背景的目的。也可以按切換濾光片達到準(zhǔn)單色選擇激發(fā)的目的。有益效果實例我們通過實測譜圖的對比來說明偏振二次靶光路的優(yōu)越性如圖4所示，用普通的二維光路EDXRF儀器和偏振二次靶儀器分別測試同一個歐盟標(biāo)準(zhǔn)樣品EC680K，并做譜形對比?？梢钥吹狡穸伟袃x器在背景消除方面的效果非常明顯，與光學(xué)原理和設(shè)計初衷完全相符；圖4演示的是偏振二次靶的消除散射背景的效果。
如圖5所示，含BrlO%，Pb50ppm的樣品測試，在偏振二次靶儀器中通過設(shè)置合理的二次靶和濾光片材料，選擇特定的靶材特征線對Pb:La形成強烈激發(fā)，從而實現(xiàn)對高Br樣品中微量Pb元素的精確測試，這樣的效果在普通二維光路的能譜中是無法想象的；圖5演示的是采用濾光片后的準(zhǔn)單色選擇激發(fā)的效果。綜上所述利采用三維立體光路開發(fā)成功的EDXRF儀器，具有消除了散射背景，可選擇激發(fā)，測試精度高，能解決普通能譜所不能解決的特殊樣品測試等優(yōu)異功能，具有很強的實用性和創(chuàng)新性。另外，本發(fā)明的第二個特征是在二次靶的出射光路上安裝濾光片，可以將二次靶出射的熒光譜線(至少2條強譜線)過濾到只剩一條強譜線，其他的強譜線被濾光片吸收到很低。通過此項技術(shù)，達到用準(zhǔn)單色激發(fā)源照射樣品，實現(xiàn)光譜儀的選擇激發(fā)功能，可以檢測出含有高含量干擾元素的樣品中的微量的待測元素，提高了測試的準(zhǔn)確性和效率。采用本專利技術(shù)開發(fā)的EDXRF儀器，可以配置多個由計算機自動控制切換的二次靶(熒光靶或巴克拉靶)，可配置多個由計算機自動控制切換的濾光片，以適合于各種應(yīng)用。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，所述的光譜儀將二次靶和樣品兩個平面布置在空間立體光路上，光譜儀的X光管射出原級X射線，所述的原級X射線以45°角入射到二次靶上，從二次靶上以45°出射的原級X射線的散射線是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射線，所述的原級X射線在二次靶上激發(fā)的靶材特征X射線為各向同性的圓偏振線，且為分立譜線； —所述的二次靶的散射線按空間立體光路，以45°角入射到樣品上，入射線中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，經(jīng)過樣品平面的再次偏振出射時，在45°全偏振的原級X射線的散射線不會在樣品上產(chǎn)生45°角出射的散射線，即偏振消光；原級X射線在二次靶上激發(fā)的靶材特征X射線為各向同性的圓偏振線，且為分立譜線；入射線中的靶材特征譜被樣品散射后是全偏振，樣品被激發(fā)的特征X射線為圓偏振的線光譜； —所述的樣品被激發(fā)的特征X射線由探測器接收并分析，所述的探測器在45°角只接收到樣品中的元素被激發(fā)的特征X射線及二次靶特征X射線的散射線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的原級X射線為X光管出射的連續(xù)的軔致福射及分立的靶材特征線，是各向同性的圓偏振X射線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的二次靶的散射線按空間立體光路，以45°角入射到樣品上，入射線中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，即散射部分在出射時不會再出現(xiàn)的包括連續(xù)譜和靶材特征-i'TfeP曰。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的靶材特征譜被樣品散射后包括康普頓散射和瑞利散射，是全偏振的分立譜。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的二次靶采用巴克拉靶，所述的巴克拉靶用二次靶的散射線來激發(fā)樣品。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的二次靶采用熒光二次靶，所述的熒光二次靶采用二次靶出射的熒光譜線激發(fā)樣品。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的原級X射線包括連續(xù)譜和靶材料的分立特征X射線。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于在二次靶的出射光路上加有濾光片，所述的濾光片將二次靶出射的熒光譜線過濾到只剩一條強譜線，其他的強譜線被濾光片吸收到很低。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，其特征在于所述的濾光片的材料和厚度是經(jīng)過計算，使二次靶出射的多條特征熒光X射線變成準(zhǔn)單色X射線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振二次靶能量色散型X射線熒光光譜儀，光譜儀將二次靶和樣品兩個平面布置在空間立體光路上，光譜儀的X光管射出原級X射線，所述的原級X射線以45°角入射到二次靶上，從二次靶上以45°出射的原級X射線的散射線是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射線，原級X射線在二次靶上激發(fā)的靶材特征X射線為各向同性的圓偏振線，且為分立譜線；提高峰背比，降低微量元素檢測的檢出限，并可以檢測出樣品中的低含量元素，提高了測試的準(zhǔn)確性和效率。
文檔編號G01N23/223GK102841108SQ20121006025
公開日2012年12月26日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者劉小東, 劉明博, 范真 申請人:深圳市華唯計量技術(shù)開發(fā)有限公司