用于x射線熒光光譜分析的多個(gè)樣品制備
【專利說明】
[0001]發(fā)明背景1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及制備用于X射線光譜分析和同時(shí)進(jìn)行燒失量/燒增量分析(loss onignit1n/gain on ignit1n analysis)的樣品的方法和裝置，更具體地，涉及制備在熱重分析儀中進(jìn)行X射線光譜分析的多個(gè)樣品的方法和裝置，所述熱重分析儀具有位于爐子內(nèi)的用于支撐和按順序移動(dòng)樣品架以便對(duì)其進(jìn)行稱重的轉(zhuǎn)盤(carousel)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤移動(dòng)時(shí)，所述裝置通過沿不同方向反復(fù)傾斜樣品架而自動(dòng)混合待分析物質(zhì)和助熔劑，以便在每一個(gè)樣品架內(nèi)形成樣品，在某些情形下，通過來回快速移動(dòng)所述轉(zhuǎn)盤并伴以突然停止來對(duì)所述樣品架的內(nèi)容物進(jìn)行攪拌。
[0003]2.根據(jù)37CFR 1.97和1.98披露的現(xiàn)有技術(shù)信息的公開
[0004]X射線熒光(XRF)是物質(zhì)受高能X射線或伽馬射線轟擊激發(fā)后發(fā)射“二次”(或熒光)X射線的特征。這種現(xiàn)象被廣泛用于元素分析和化學(xué)分析，特別是金屬、玻璃、陶瓷以及建筑材料的研宄，也用于地球化學(xué)、法醫(yī)學(xué)以及考古學(xué)研宄中。
[0005]玻璃珠熔融法是有效的用于得到礦石、巖石和耐火材料的精確XRF分析結(jié)果的樣品制備技術(shù)，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)消除了粒度和礦物學(xué)效應(yīng)的不均勻性。待分析的樣品為粉末狀并且大體上與四硼酸鋰助熔劑以1:5、1:10或1:14的比例在約10501下熔化。該比例非常重要，并且助熔劑和樣品的重量精度通常需在1-0.1mg的范圍內(nèi)。
[0006]樣品通常是不純的，并且燒失量/燒增量分析通常在加入結(jié)晶水的情況下進(jìn)行。XRF分析儀采用數(shù)學(xué)模型來校正因揮發(fā)造成樣品重量變化導(dǎo)致的物料的助熔劑比例的偏差。
[0007]然而，通常會(huì)在XRF分析之前進(jìn)行燒失量/燒增量分析，并將燒失量/燒增量分析的結(jié)果引入XRF光譜儀以獲得精確結(jié)果。
[0008]制備熔融樣品(通常指的是“熔珠”)是一項(xiàng)費(fèi)事且耗時(shí)的任務(wù)。需要對(duì)樣品進(jìn)行精確稱重，對(duì)助熔劑進(jìn)行精確稱重，對(duì)非常熱的部件進(jìn)行危險(xiǎn)的操作，并在檸檬酸中清洗坩禍。
[0009]如果需要進(jìn)行燒失量/燒增量分析，需要額外的操作來分析相同樣品的不同部分的燒失量/燒增量值，并將該信息提供給XRF光譜儀以得到恰當(dāng)?shù)姆治鼋Y(jié)果。
[0010]熱重分析儀(TGA)是本領(lǐng)域中公知的，用于通過使用燒失量/燒增量分析來分析灰分(煤和焦炭)樣品的水分和其他揮發(fā)物含量。這種熱重分析儀包括一爐子，用于在坩禍中將樣品加熱到大約1000度，以使水分和揮發(fā)性組分蒸發(fā)。該樣品在被放置于爐子中之前以及在爐子內(nèi)被加熱到預(yù)期溫度后被稱重。隨后比較所述各重量以確定樣品中的水分和其他揮發(fā)性物質(zhì)的重量。
[0011]燒失量/燒增量分析過程已通過在爐子的頂面設(shè)置開口而自動(dòng)化，包含樣品的坩禍可通過所述開口插入和移出爐子內(nèi)部。這使得無需打開爐子就可以將樣品放置于爐子內(nèi)以及從爐子中取出，從而消除了在分析過程中由于反復(fù)打開爐門而不可避免地造成的熱損失和溫度波動(dòng)。
[0012]進(jìn)一步，在爐子內(nèi)設(shè)置能夠保持多個(gè)包含樣品的坩禍的轉(zhuǎn)盤。當(dāng)個(gè)坩禍在爐子內(nèi)進(jìn)行加熱時(shí)，所述轉(zhuǎn)盤用于將各坩禍支撐在爐子中，隨后轉(zhuǎn)盤將各坩禍一次一個(gè)輸送至用于稱量的天平并與其對(duì)準(zhǔn)。
[0013]可設(shè)置自動(dòng)裝載機(jī)，用于將坩禍放置于內(nèi)部轉(zhuǎn)盤上，以便加熱和稱重，并在稱重后從內(nèi)部轉(zhuǎn)盤上移出所述坩禍。這種類型的自動(dòng)熱重分析儀公開在于2007年2月6日授權(quán)給申請(qǐng)人的美國(guó)專利N0.7，172，729中，該專利通過引用結(jié)合到本申請(qǐng)中。
[0014]上述專利公開了機(jī)械手臂類型的自動(dòng)裝載機(jī)。但是，可以使用其他類型的自動(dòng)裝載機(jī)構(gòu)，用于將包含樣品的坩禍插入和移出爐子。例如，可以使用更復(fù)雜的自動(dòng)裝載機(jī)，其包括保持多個(gè)坩禍的外部轉(zhuǎn)盤，其能朝向及遠(yuǎn)離爐子開口進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)和線性移動(dòng)。這種自動(dòng)裝載機(jī)是由南卡羅萊納州康威的Navas儀器公司出售的多矩陣、多樣品MMS-4000TGA。
[0015]能夠進(jìn)行燒失量/燒增量分析的熱重分析儀使用具有圓形內(nèi)底面的陶瓷坩禍，該種圓形內(nèi)底面設(shè)計(jì)用于使得熔化的樣品聚集在底面的最低點(diǎn)。但是，這樣的坩禍并不適合用于X射線光譜分析，這將在下文進(jìn)行說明。
[0016]在現(xiàn)有技術(shù)中X射線光譜分析也是眾所周知用于通過使用X射線熒光技術(shù)來確定例如礦石、水泥等物質(zhì)的成分。為了進(jìn)行X射線光譜分析，樣品要放置于適合于X射線光譜分析的樣品架(坩禍)中，并與助熔劑混合(例如四硼酸鋰)，以便形成均勻混合物。裝有樣品-助熔劑混合物的坩禍在爐子內(nèi)被加熱到高溫并熔化。所述均勻混合物隨后被倒入到熔鑄皿(casting dish)中進(jìn)行成型和冷卻。最終形成的物質(zhì)被稱為熔劑。
[0017]適合于這種工序的熔鑄皿必須防止熔珠在冷卻后粘到熔鑄皿的側(cè)面。一旦熔珠冷卻，裝有熔珠的熔鑄皿被送到X射線光譜儀中進(jìn)行分析。X射線光譜儀要求熔鑄皿上具有能靜置冷卻熔珠的平底，以提供精確的結(jié)果。因此，通常用于燒失量/燒增量分析的具有圓形底面的陶瓷坩禍不適合用于X射線光譜分析。
[0018]但是，燒失量/燒增量分析和X射線光譜分析是有關(guān)聯(lián)的，因?yàn)閄射線光譜分析的精度取決于使樣品具有已知的樣品-助熔劑比例。加熱樣品形成熔珠，會(huì)從樣品中消除揮發(fā)性物質(zhì)，并因此改變樣品-助熔劑的比例。
[0019]因此公知的是將樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)的含量考慮進(jìn)去來調(diào)整X射線光譜分析的結(jié)果。如果不知道樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)的含量，首先可采用熱重分析儀對(duì)樣品進(jìn)行燒失量/燒增量分析來確定。該分析結(jié)果隨后可提供給與X射線光譜分析儀連接的計(jì)算機(jī)。所述計(jì)算機(jī)將利用燒失量/燒增量分析的結(jié)果來調(diào)整樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)的損失，以便增加X射線光譜分析的精度。
[0020]目前，當(dāng)對(duì)樣品進(jìn)行燒失量/燒增量分析時(shí)，樣品被分成兩部分。樣品中的一部分被用于熱重量分析。樣品中的另一部分被用于X射線光譜分析。在熱重分析儀中進(jìn)行的第一部分樣品的燒失量/燒增量分析數(shù)據(jù)被傳送給光譜儀，以便進(jìn)行比例校正。
[0021]隨后對(duì)樣品中的另一部分稱重并加入一容器中，并將稱量后的助熔劑加入到所述樣品。樣品和助熔劑隨后被強(qiáng)力地?cái)嚢?，以獲得均勻混合物，所述容器中的均勻混合物放置在爐子內(nèi)進(jìn)行熔化。在樣品熔化后，將裝有樣品和助熔劑的容器從爐子中移出，將混合物倒入到熔鑄皿中，使其冷卻從而獲得熔珠。
[0022]適用于燒失量/燒增量分析的陶瓷坩禍通常具有圓形底部。但是，用于X射線分析的容器是由金屬制成的，并且必須具有不粘性的表面和平底。因此，用于X射線光譜分析的樣品的制備目前不能在采用連續(xù)的、自動(dòng)的工藝進(jìn)行燒失量/燒增量分析的熱重分析儀中進(jìn)行，這是因?yàn)橛糜跓嶂胤治鰞x的坩禍不適合于X射線光譜分析。
[0023]即使使用鉑坩禍來用于X射線光譜測(cè)定也是如此。這是因?yàn)闃悠泛椭蹌┍仨毻耆旌弦垣@得形成熔珠所必需的均勻混合物，并且樣品-助熔劑混合操作需要從爐子中移出裝有樣品的坩禍。
[0024]但是，采用本發(fā)明的話，現(xiàn)在就能夠在單個(gè)儀器中采用連續(xù)、完全自動(dòng)的工藝進(jìn)行燒失量/燒增量分析和X射線光譜分析樣品制備。本發(fā)明顯著減少了進(jìn)行燒失量/燒增量分析以及X射線光譜測(cè)定分析樣品制備的時(shí)間、勞動(dòng)量和花費(fèi)，使得兩個(gè)分析現(xiàn)在可在單個(gè)儀器中進(jìn)行。特別的，使用獨(dú)特的樣品架和位于爐子內(nèi)的機(jī)構(gòu)來混合樣品和助熔劑以獲得均勻混合物使得整個(gè)過程完全自動(dòng)化，這樣，可對(duì)爐子內(nèi)的多個(gè)樣品進(jìn)行兩項(xiàng)分析，無需移出樣品以進(jìn)行混合，也因此無需操作員的協(xié)助。
[0025]因此，本發(fā)明的主要目的在于提供用于在改進(jìn)的熱重分析儀中制備進(jìn)行X射線光譜分析的樣品的方法和裝置。
[0026]本發(fā)明的另一目的在于提供用于在改進(jìn)的熱重分析儀中制備進(jìn)行X射線光譜分析的樣品的方法和裝置，所述改進(jìn)的熱重分析儀能進(jìn)行燒失量/燒增量分析。
[0027]本發(fā)明的另一目的在于提供用于在改進(jìn)的熱重分析儀中制備進(jìn)行X射線光譜分析的樣品的方法和裝置，所述X射線光譜分析樣品制備可進(jìn)行或不進(jìn)行燒失量