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专利名称：一种偏振二次靶能量色散型x射线荧光光谱仪的制作方法
技术领域：
本发明属于一种光谱仪，特别涉及一种偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪。
背景技术：
能量色散型X射线荧光光谱技术(EDXRF)以其简便快捷、无损分析等优点，在生产、科研等各个行业都有非常广泛的应用，尤其在环保领域的检测更将该项技术的发展和应用推向了一个前所未有的高度。目前市场上主流EDXRF仪器的基本结构如图I所示的二维设计，X射线管被激发产生射线入射样品，继而产生样品荧光被探测器接收，再经谱处理分析，得到测试结果，有效X射线的传播被约束在一个二维平面内，这样的结构具有探测效率高，散射干扰小等优点，一 直以来被业界所广泛采纳。随着应用的不断深入，开发和应用工程师们不断尝试通过改变光管输出、加装滤光片、缩短光路、加装真空等手段以达到光谱局部强化、降低散射背景、削弱空气光路干扰等目的并取得了一定的成绩，但这种二维光路结构始终制约着技术的发展，因为可供操作的空间毕竟有限。随着技术的革新，目前出现了偏振二次靶光路一利用三维偏振激发源，X射线管、偏振靶或二次靶与试样的几何布局是三维，使用偏振光或二次靶激发样品的技术。目前，对于能量色散X射线荧光光谱仪，经常遇到的一个问题是，有些必须检测的微量元素的特征X射线能量恰好稍低于基体材料中某种高含量元素的特征X射线的能量在这种情况下，由于高含量元素特征X射线在探测器上的低能拖尾(对常量元素影响不大，但对微量元素测量影响很大)和/或逃逸峰的影响，微量元素的检测非常困难，这给X射线荧光能谱仪的应用带来了巨大的挑战，即使采用上述的偏振二次靶光路，利用荧光二次靶的选择激发，也只能解决微量元素的特征X射线能量显著低于高含量元素特征X射线的情况，而对于微量元素的特征X射线能量稍低于高含量元素特征X射线的情况，由于荧光二次靶出射的荧光X射线至少有2条不同能量的强谱线，很难做到只激发待测微量元素荧光而不同时激发高含量干扰元素荧光，虽然有些许效果，但不能根本解决问题，总体来说目前还没有见到处理这种情况的有效技术手段。

发明内容
本发明的目的是解决上述技术的不足，提出一种偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，以实现光谱仪的荧光谱无背景和选择激发功能，并可以检测出样品中的低含量元素，提高了测试的准确性和效率的目的。本发明的另一目的是在二次靶的出射光路上安装滤光片，达到可以将二次靶出射的荧光谱线(至少2条强谱线)过滤到只剩一条强谱线，其他的强谱线被滤光片吸收到很低的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，光谱仪将二次靶和样品两个平面布置在空间立体光路上，光谱仪的X光管射出原级X射线，所述的原级X射线以45°角入射到二次靶上，从二次靶上以45°出射的原级X射线的散射线是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射线，原级X射线在二次靶上激发的靶材特征X射线为各向同性的圆偏振线，且为分立谱线。二次靶的散射线按空间立体光路，以45°角入射到样品上，入射线中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，经过样品平面的再次偏振出射时，在45°全偏振的原级X射线的散射线不会在样品上产生45°角出射的散射线，即偏振消光；原级X射线在二次靶上激发的靶材特征X射线为各向同性的圆偏振线，且为分立谱线；入射线中的靶材特征谱被样品散射后是全偏振，样品被激发的特征X射线为圆偏振的线光谱；样品被激发的特征X射线由探测器接收并分析，探测器在45°角只接收到样品中的元素被激发的特征X射线及二次靶特征X射线的散射线。 进一步的，原级X射线为X光管出射的连续的轫致福射及分立的靶材特征线，是各向同性的圆偏振X射线。进一步的，二次靶的散射线按空间立体光路，以45°角入射到样品上，入射线中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，即散射部分在出射时不会再出现的包括连续谱和靶材特征谱。进一步的，靶材特征谱被样品散射后包括康普顿散射和瑞利散射，是全偏振的分立谱。进一步的，二次靶采用巴克拉靶，所述的巴克拉靶用二次靶的散射线来激发样品。进一步的，二次靶采用荧光二次靶，所述的荧光二次靶采用二次靶出射的荧光谱线激发样品。进一步的,原级X射线包括连续谱和祀材料的分立特征X射线。进一步的，在二次靶的出射光路上加有滤光片，所述的滤光片将二次靶出射的荧光谱线过滤到只剩一条强谱线，其他的强谱线被滤光片吸收到很低。进一步的，滤光片的材料和厚度是经过计算，使二次靶出射的多条特征荧光X射线变成准单色X射线。采用上述技术，本发明的有益效果有用X射线发生装置产生的一次X射线去照射二次靶材，用二次靶材在一次X射线的照射下产生的单色激发源照射样品，实现光谱仪的荧光谱无背景和选择激发功能，可以上去除而实践上极大降低探测器检测到的荧光能谱的连续散射背景，提高峰背比，降低微量元素检测的检出限，并可以检测出样品中的低含量元素，提闻了测试的准确性和效率。本发明的第二个有益效果是在二次靶的出射光路上安装滤光片，可以将二次靶出射的荧光谱线(至少2条强谱线)过滤到只剩一条强谱线，其他的强谱线被滤光片吸收到很低，通过此项技术，达到用准单色激发源照射样品，实现光谱仪的选择激发功能，可以检测出含有高含量干扰元素的样品中的微量的待测元素。


图I为二维EDXRF基本光路示意图；图2为光的偏振示意图；图3为布儒斯特实例示意图；图4为偏振二次靶空间立体光路原理解析示意图；图5为偏振二次靶空间立体光路原理解析示意流程图；图6为普通二维光路和偏振二次靶光路测试EC680K样品谱图对比示意图；图7为普通二维光路和偏振二次靶光路测试高Br样品谱对比示意图；
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。如图2所示，布儒斯特定律认为，圆偏振光在两种各向同性的介质分界面上发生反射和折射时，反射光和折射光都是部分偏振光，反射光中振动方向垂直于入射面的成分比平行于入射面的成分占优势；光从折射率为Ii1的介质入射折射率为n2的介质时，当入射
角ib满足时，反射光变为全偏振光，入射角ib称为布儒斯特角。就X射线而言，在 n\
空气和介质中的折射率Ii1和112都约为1，因此布儒斯特角约为45度。我们在仪器中将二次靶和样品两个平面布置成如图3所示的空间立体光路，圆偏振的原级X射线(包括连续谱和靶材料的分立特征X射线)以45°角入射到二次靶上，从二次靶上以45°出射的散射线，是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射线，而原级X射线在二次靶上激发的靶材荧光是各向同性的圆偏振线。从二次靶出射的谱线按图3所示的空间光路，以45°入射到样品上，入射线中的散射部分(偏振方向平行于此次的入射平面)在出射时不会再出现；而入射线中的二次靶靶材的荧光X射线被样品散射后(包括康普顿散射和瑞利散射)是全偏振的；样品被激发的特征X射线是圆偏振的。从上面阐述的过程可以看出，理论上，X光管出射的连续谱以及光管靶材的特征X射线，是不会进入探测器的，即消除了 EDXRF仪器测试的谱中对解谱和测试精度影响最大的连续散射背景。在实际应用中，不可能满足理想的全偏振相消的条件，但大幅度地降低散射背景的目的是可以达到的。综合以上描述，普通二维EDXRF仪器测试的谱中对解谱和测试精度影响最大的背景峰，由于主要源自X射线管出射谱中的连续部分，在三维光路中能够被两次偏振完全消除；三维结构中的二次靶材可以比较方便的更换或者切换，这就为元素的选择激发提供了可能。以上是我们所见到的偏振二次靶仪器的基本光路，出是本发明所采用的基本光路，本发明即可采用巴克拉靶做二次靶，也可采用荧光二次靶。巴克拉靶用二次靶的散射线来激发样品，荧光二次靶采用二次靶出射的荧光谱线激发样品。本发明专利，采用在二次靶的出射光路上加滤光片的办法，使无法上去除而实践上极大降低探测器检测到的荧光能谱的连续散射背景，提高峰背比，降低微量元素检测的检出限的问题，得到非常有效地解决。通过选择合适材料并且具有合适厚度的滤光片，可以将二次靶出射的荧光谱线(至少2条强谱线)过滤到只剩一条强谱线，经过合理配置二次靶和滤光片，使保留下来的这一条强谱线正好适合激发待测微量元素的特征荧光X射线，而正好不能激发高含量元素特征X射线，这样就可以消除或显著降低高含量元素特征X射线对微量元素的特征X射线的干扰，使微量元素的检出限显著降低。我们称之为准单色选择激发。用这样的配置，我们对含有高含量Ti的塑胶样品中Cl元素、含有高含量Br (阻燃剂)的塑胶材料中Pb、Hg元素、焊锡材料(主成份为Sn)中Cl元素含有高含量Bi的半导体材料中Pb元素进行了检测，检出限由常规的X射线荧光能谱仪的几百到上千ppm降低到IOppm以下，检测精密度和准确度也得到显著提高。采用本专利技术开发的仪器即可以按基本光路工作，达到大幅降低散射背景的目的。也可以按切换滤光片达到准单色选择激发的目的。有益效果实例我们通过实测谱图的对比来说明偏振二次靶光路的优越性如图4所示，用普通的二维光路EDXRF仪器和偏振二次靶仪器分别测试同一个欧盟标准样品EC680K，并做谱形对比。可以看到偏振二次靶仪器在背景消除方面的效果非常明显，与光学原理和设计初衷完全相符；图4演示的是偏振二次靶的消除散射背景的效果。
如图5所示，含BrlO%，Pb50ppm的样品测试，在偏振二次靶仪器中通过设置合理的二次靶和滤光片材料，选择特定的靶材特征线对Pb:La形成强烈激发，从而实现对高Br样品中微量Pb元素的精确测试，这样的效果在普通二维光路的能谱中是无法想象的；图5演示的是采用滤光片后的准单色选择激发的效果。综上所述利采用三维立体光路开发成功的EDXRF仪器，具有消除了散射背景，可选择激发，测试精度高，能解决普通能谱所不能解决的特殊样品测试等优异功能，具有很强的实用性和创新性。另外，本发明的第二个特征是在二次靶的出射光路上安装滤光片，可以将二次靶出射的荧光谱线(至少2条强谱线)过滤到只剩一条强谱线，其他的强谱线被滤光片吸收到很低。通过此项技术，达到用准单色激发源照射样品，实现光谱仪的选择激发功能，可以检测出含有高含量干扰元素的样品中的微量的待测元素，提高了测试的准确性和效率。采用本专利技术开发的EDXRF仪器，可以配置多个由计算机自动控制切换的二次靶(荧光靶或巴克拉靶)，可配置多个由计算机自动控制切换的滤光片，以适合于各种应用。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，所述的光谱仪将二次靶和样品两个平面布置在空间立体光路上，光谱仪的X光管射出原级X射线，所述的原级X射线以45°角入射到二次靶上，从二次靶上以45°出射的原级X射线的散射线是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射线，所述的原级X射线在二次靶上激发的靶材特征X射线为各向同性的圆偏振线，且为分立谱线； —所述的二次靶的散射线按空间立体光路，以45°角入射到样品上，入射线中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，经过样品平面的再次偏振出射时，在45°全偏振的原级X射线的散射线不会在样品上产生45°角出射的散射线，即偏振消光；原级X射线在二次靶上激发的靶材特征X射线为各向同性的圆偏振线，且为分立谱线；入射线中的靶材特征谱被样品散射后是全偏振，样品被激发的特征X射线为圆偏振的线光谱； —所述的样品被激发的特征X射线由探测器接收并分析，所述的探测器在45°角只接收到样品中的元素被激发的特征X射线及二次靶特征X射线的散射线。
2.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于所述的原级X射线为X光管出射的连续的轫致福射及分立的靶材特征线，是各向同性的圆偏振X射线。
3.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于所述的二次靶的散射线按空间立体光路，以45°角入射到样品上，入射线中的散射部分偏振方向平行于此次的入射平面，即散射部分在出射时不会再出现的包括连续谱和靶材特征-i'TfeP曰。
4.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于所述的靶材特征谱被样品散射后包括康普顿散射和瑞利散射，是全偏振的分立谱。
5.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，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线来激发样品。
6.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于所述的二次靶采用荧光二次靶，所述的荧光二次靶采用二次靶出射的荧光谱线激发样品。
7.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于所述的原级X射线包括连续谱和靶材料的分立特征X射线。
8.根据权利要求I所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于在二次靶的出射光路上加有滤光片，所述的滤光片将二次靶出射的荧光谱线过滤到只剩一条强谱线，其他的强谱线被滤光片吸收到很低。
9.根据权利要求8所述的偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，其特征在于所述的滤光片的材料和厚度是经过计算，使二次靶出射的多条特征荧光X射线变成准单色X射线。
全文摘要
本发明公开了一种偏振二次靶能量色散型X射线荧光光谱仪，光谱仪将二次靶和样品两个平面布置在空间立体光路上，光谱仪的X光管射出原级X射线，所述的原级X射线以45°角入射到二次靶上，从二次靶上以45°出射的原级X射线的散射线是偏振方向垂直于入射平面的全偏振X射线，原级X射线在二次靶上激发的靶材特征X射线为各向同性的圆偏振线，且为分立谱线；提高峰背比，降低微量元素检测的检出限，并可以检测出样品中的低含量元素，提高了测试的准确性和效率。
文档编号G01N23/223GK102841108SQ20121006025
公开日2012年12月26日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者刘小东, 刘明博, 范真 申请人:深圳市华唯计量技术开发有限公司