X射线荧光（XRF）光谱分析系统和方法技术方案

本申请提供一种X射线荧光(XRF)光谱分析系统和方法，所述系统包括至少一个X射线光源(1)、至少一个探测器(4)和至少一个衍射光学部件(3)，所述衍射光学部件收集所述X射线光源发出的原级X射线，所述原级X射线经所述衍射光学部件衍射后得到单波长X射线，所述单波长X射线用以激发被测样品(5)中的被测元素发射荧光X射线，所述探测器收集并分析所述荧光X射线；所述探测器收集的光线中还包括，单波长X射线被被测样品散射而产生的散射线；所述原级X射线、所述单波长X射线和所述荧光X射线构成单波长偏振消光光路，使所述散射线偏振消光，用以降低或消除单波长X射线在被测样品中散射所引起的背景强度。

【技术实现步骤摘要】
X射线荧光(XRF)光谱分析系统和方法
本申请涉及X光检测领域，特别涉及一种X射线荧光(XRF)光谱分析系统和方法。
技术介绍
作为元素成分定性定量分析技术，X射线荧光光谱分析仪具有结构简单、分析快速、制样简单、无损、多元素同时分析等鲜明特点，在多个行业得到了广泛的应用。X射线是一种波长较短的电磁辐射，通常是指能量范围在0.1～100kev的光子。高能光子或粒子的能量高于被测样品原子内层电子结合能时，可驱逐原子的一个内层电子而令其出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，外层电子将自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态，并因而产生荧光X射线(也称其为二次X射线)。荧光X射线的能量或波长是特征性的，与元素具有一一对应的关系，而荧光X射线的强度则和被测样品中元素的浓度具有对应关系，通过分析被测样品中不同元素产生的荧光X射线的能量和强度，即可获得被测样品中的元素组成及含量信息，完成对被测样品所包含元素的定性和定量分析。根据分光方式的不同，X射线荧光分析仪分为能量色散和波长色散两类。其中能量色散型系统与波长色散型系统相比，无需分光晶体即可获得足够的分辨率，省却了分光和测角系统，且能满足大部分实际应用的需要。但传统的能量色散系统仍存在一定的局限，如检出限不够低、检测灵敏度不足，不适于分析轻元素等，因而限制了其在微量元素检测方面的应用。
技术实现思路
本申请提供了一种X射线荧光(XRF)光谱分析系统和方法，可降低待测元素检出限，提高检测灵敏度。本申请提供的技术方案包括：一种X射线荧光(XRF)光谱分析系统，包括至少一个X射线光源(1)、至少一个探测器(4)和至少一个衍射光学部件(3)，衍射光学部件收集X射线光源发出的原级X射线，原级X射线经衍射光学部件衍射后得到单波长X射线，单波长X射线用以激发被测样品(5)中的被测元素发射荧光X射线，探测器收集并分析荧光X射线。探测器收集的光线中还包括，单波长X射线被被测样品散射而产生的散射线。原级X射线、单波长X射线和荧光X射线构成单波长偏振消光光路，在单波长偏振消光光路中，原级X射线为圆偏振光，单波长X射线为椭圆偏振光或线偏振光，荧光X射线为圆偏振光，散射线为近似线偏振光，单波长偏振消光光路使散射线发生偏振消光，以降低散射线的强度。一种X射线荧光(XRF)光谱分析方法，提供至少一个X射线光源(1)、至少一个探测器(4)和至少一个衍射光学部件(3)，衍射光学部件收集X射线光源发出的原级X射线，原级X射线经衍射光学部件衍射后得到单波长X射线，单波长X射线用以激发被测样品(5)中的被测元素发射荧光X射线，探测器收集并分析荧光X射线；探测器收集的光线中还包括，单波长X射线被被测样品散射而产生的散射线；原级X射线、单波长X射线和荧光X射线构成单波长偏振消光光路，在单波长偏振消光光路中，原级X射线为圆偏振光，单波长X射线为椭圆偏振光或线偏振光，荧光X射线为圆偏振光，散射线为近似线偏振光，单波长偏振消光光路使散射线发生偏振消光，以降低散射线的强度。本专利技术通过在X射线荧光(XRF)光谱分析系统中，构建一个单波长偏振消光三维光路，使得该光路中的散射线满足近似线偏振光，从而达到偏振消光的目的，在不影响被测元素特征荧光X射线(特征峰)强度的前提下，降低散射线的强度，及同比例降低被测元素特征荧光X射线的背景散射线的强度，提高被测元素特征峰的峰背比、提升探测器有效探测效率，从而大幅度降低被测元素的检出限、提高检测灵敏度。附图说明图1为本专利技术单波长偏振消光三维光路示意图；图2为本专利技术在偏振消光前后荧光X射线的散射峰比对图；图3为本专利技术在偏振消光前后荧光X射线的特征峰比对图；图4为本专利技术对油品中的轻元素检测限的测试图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。从X射线光源发射的原级X射线包含靶材的特征X射线(分立的)和轫致辐射(连续谱)，采用晶体光栅(或衍射光学部件(3))对X射线光源出射的原级X射线中特定能量的X射线进行衍射，得到单波长X射线用以激发被测样品。一方面可以提升激发效率，同时降低散射背景，并且，圆偏振的原级X射线经过晶体衍射得到的单波长X射线是线偏振或椭圆偏振的，取决于入射角度及衍射光学部件的几何结构。即使被测样品出射谱中除了单波长X射线的散射线(散射峰带来的本底)和被测样品中被测元素激发的特征荧光X射线(特征峰)以外，基本不存在连续背景，但对于微量元素仍然存在峰背比小，检出限高的问题。经分析发现，当散射峰的强度远大于特征峰，由于探测器的载流子输运效应和多道分析的电子学效应，使得散射峰形成从峰值到零的平台型拖尾，该平台型拖尾抬高了被测元素特征荧光X射线(特征峰)的背景，而背景的高度与散射峰的峰值强度成正比，当特征峰的强度相对较弱时，就会存在峰背比小的问题，进而导致检出限高，检测灵敏度低。如果能在不影响待测微量元素特征荧光X射线(特征峰)强度的前提下，降低单波长X射线的散射线(散射峰带来的本底)的强度，将同比例降低被测元素特征荧光X射线(特征峰)的背景强度，有利于提高峰背比，降低检出限，提高检测灵敏度。基于上述考虑，本申请提出了一种单波长偏振消光型的X射线荧光(XRF)光谱分析系统，结合图1具体说明如下：该系统包括至少一个X射线光源(1)、至少一个探测器(4)和至少一个衍射光学部件(3)。衍射光学部件(3)收集X射线光源(1)发出的圆偏振原级X射线，圆偏振原级X射线经衍射光学部件衍射后得到单波长X射线，单波长X射线用以激发被测样品(5)中的被测元素发射荧光X射线，探测器(4)用于收集并分析被测样品中被测元素激发的荧光X射线。由于存在X射线的散射现象，使得探测器最终接收的光线中，除荧光X射线外，还包括单波长X射线被被测样品散射而产生的散射线。在本专利技术中，原级X射线、单波长X射线和荧光X射线构成单波长偏振消光三维光路，在单波长偏振消光三维光路中，原级X射线为圆偏振光，单波长X射线为椭圆偏振光或线偏振光，荧光X射线为圆偏振光，散射线为近似线偏振光，散射线的偏振度>>1，单波长偏振消光光路使探测器接收到的散射线发生偏振消光，降低探测器接收的散射线强度。本专利技术通过构建一个单波长偏振消光三维光路，使得散射线满足近似线偏振光，从而达到偏振消光的目的，在不影响被测元素特征荧光X射线(特征峰)强度的前提下，降低散射线的强度，及同比例降低被测元素特征荧光X射线的背景散射线强度，提高被测元素特征峰的峰背比、提升探测器有效探测效率，从而大幅度降低被测元素的检出限、提高检测灵敏度。结合图2和图3，说明单波长偏振消光三维光路降低荧光X射线测量本底，提高检测灵敏度并降低检出限的实验效果。图2给出了偏振消光前后散射峰的大小，图中峰值最高的峰为散射峰(310)，311为偏振消光前的散射峰，313为偏振消光后的散射峰，与散射峰(310)相比，特征峰(330)的大小几乎可以忽略不计，散射峰的形状大体符合高斯函数，形成从峰值到零的平台型拖尾。图3为图2中特征峰的局部放大图，其中峰值最高的峰为特征峰(330)，331为偏振消光前的特征峰本底，333为偏振消光后的特征峰本底。结合图2和图3的结果可知，在偏振消光前后，散射峰的峰值及其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种X射线荧光(XRF)光谱分析系统，其特征在于：所述系统包括至少一个X射线光源(1)、至少一个探测器(4)和至少一个衍射光学部件(3)，所述衍射光学部件收集所述X射线光源发出的原级X射线，所述原级X射线经所述衍射光学部件衍射后得到单波长X射线，所述单波长X射线用以激发被测样品(5)中的被测元素发射荧光X射线，所述探测器收集并分析所述荧光X射线；所述探测器收集的光线中还包括，单波长X射线被被测样品散射而产生的散射线；所述原级X射线、所述单波长X射线和所述荧光X射线构成单波长偏振消光光路；在所述单波长偏振消光光路中，所述原级X射线为圆偏振光，所述单波长X射线为椭圆偏振光或线偏振光，所述荧光X射线为圆偏振光；所述散射线为近似线偏振光，所述单波长偏振消光光路使得所述散射线发生偏振消光，以降低所述散射线的强度。

【技术特征摘要】
1.一种X射线荧光(XRF)光谱分析系统，其特征在于：所述系统包括至少一个X射线光源(1)、至少一个探测器(4)和至少一个衍射光学部件(3)，所述衍射光学部件收集所述X射线光源发出的原级X射线，所述原级X射线经所述衍射光学部件衍射后得到单波长X射线，所述单波长X射线用以激发被测样品(5)中的被测元素发射荧光X射线，所述探测器收集并分析所述荧光X射线；所述探测器收集的光线中还包括，单波长X射线被被测样品散射而产生的散射线；所述原级X射线、所述单波长X射线和所述荧光X射线构成单波长偏振消光光路；在所述单波长偏振消光光路中，所述原级X射线为圆偏振光，所述单波长X射线为椭圆偏振光或线偏振光，所述荧光X射线为圆偏振光；所述散射线为近似线偏振光，所述单波长偏振消光光路使得所述散射线发生偏振消光，以降低所述散射线的强度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述单波长偏振光路中，所述原级X射线和所述单波长X射线构成入射平面，所述荧光X射线与所述入射平面垂直。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述衍射光学部件包含半聚焦、或全聚焦弯晶、或平晶衍射结构。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被测样品为液体样品，或者固体样品。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述被测样品中被测元素包含至少一个C-U范围内的元素。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括位于所述被测样品与所述探测器之间的真空光路，或氢气光路，或氦气光路，或空气光路。7.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于，所述探测器为SDD探测器，或Si-PIN探测器，或高纯Ge探测器。8....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小东，李伯伦，滕云，
申请(专利权)人：北京安科慧生科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11