用于成分分析的系统和方法技术方案

提出了一种用于产生指示样本(110)中的一种或多种预定成分的存在的分析数据的系统(100)。该系统包括用于将粒子流(130)引向样本(110)的源设备(120)，用于根据散射角(θ)测量从样本(110)散射的粒子的分布的检测器设备(140)和用于基于所测量的散射粒子的分布和基于指示一种或多种预定成分对散射粒子的分布的影响的参考信息来产生分析数据的处理设备(170)。与每个散射粒子有关的散射角是粒子流的到达方向与散射粒子的轨迹(160)之间的角度。该系统利用与不同同位素、不同化学物质和不同异构体有关的散射的不同方向特性。

Systems and methods for component analysis

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于成分分析的系统和方法
本公开总体上涉及成分分析。更具体地，本公开涉及一种用于产生分析数据的系统和方法，该分析数据指示例如同位素、化学物质和/或异构体的样本中的一种或多种预定成分的存在。此外，本公开涉及一种用于产生分析数据的计算机程序，该分析数据指示样本中的一种或多种预定成分的存在。
技术介绍
传统上，进行材料的成分分析以检测材料样本是否包含一种或多种预定成分，并能够检测被检测出存在的那些成分的量。例如，要分析的材料可以是气态样本，例如分析空气以确定是否存在有害气体成分，例如一氧化碳和硫化氢。各种技术被用于执行这样的分析，包括例如X射线衍射和电子衍射。X射线主要与原子电子发生电磁相互作用，并有效探测高Z材料。在低Z材料的情况下，入射中子可用于显着提高材料识别能力。中子作为电中性粒子，直接与原子核相互作用，并探测元素的不同同位素变体。X射线和中子与材料的相互作用代表了探测材料成分的补充方式。通常，基于中子相互作用的分析系统包括中子源，例如中子发生器，用于将中子流引向要分析的样本。检测并分析与样本的原子核相互作用的中子，以确定样本是否包含一种或多种预定的成分，例如正在考虑的同位素。但是，需要提高基于中子相互作用的分析系统的精度以及基于与中子以外的粒子的相互作用的分析系统的精度。此外，需要将基于粒子流的分析技术的适用性扩展到要检测不同化学物质和/或化学物质的不同异构体变量的情况。
技术实现思路
以下给出简化的概述，以便提供对各种专利技术实施例的一些方面的基本理解。该概述不是本专利技术的广泛概述。它既不旨在标识本专利技术的关键或重要元素，也不旨在描绘本专利技术的范围。以下概述仅以简化形式呈现了本专利技术的一些概念，作为对本专利技术的示例性实施例的更详细描述的序言。在本文档中，“几何”一词在用作前缀时表示几何概念，不一定是任何物理对象的一部分。几何概念可以是例如几何点、直线或弯曲几何线、几何平面、非平面几何表面、几何空间或零、一、二维或三维的任何其他几何实体。根据本专利技术，提供了一种新系统，用于产生指示样本中的一种或多种预定成分的存在的分析数据。每个预定的成分例如可以是元素的同位素变体，例如12C,13C,14C，化学物质或化合物，例如葡萄糖C6H12O6，乙醇C2H5OH,，甲烷CH4或化合物的异构体变体。根据本专利技术的系统包括：-源设备，该源设备用于将粒子流，例如中子流，引向待分析的样本，-检测器设备，该检测器设备用于至少根据散射角测量从样本散射的粒子的分布，与每个散射粒子有关的散射角是粒子流的到达方向与所考虑的散射粒子的轨迹之间的角度，以及-处理设备，该处理设备用于基于测量的散射粒子的分布和基于指示一种或多种预定成分对散射粒子的分布的影响的参考信息来产生上述分析数据。上述系统利用与不同同位素、不同化学物质和化合物以及不同异构体有关的散射的不同方向特性。散射粒子的上述分布指示有多少粒子被散射到不同的散射方向，即，散射粒子如何在不同的散射角之间被分布。在根据本专利技术的有利且非限制性实施例的系统中，处理设备被配置为：-维护用于对散射过程进行计算模拟的模型，其中将粒子流引向具有预定成分的模拟模型组成的模拟模型样本，-用所述模型来模拟散射过程，并改变预定组分的模拟模型组成，直到模拟的散射粒子的分布与测量的散射粒子的分布之间的差达到预定标准；以及-将分析数据设置为满足预定标准的模拟模型组成。根据本专利技术，还提供了一种新的方法，用于产生指示样本中的一种或多种预定成分的存在的分析数据。根据本专利技术的方法包括：-将粒子流引向样本，-至少根据散射角测量从样本散射的粒子的分布，并且-基于测量的散射粒子的分布和基于指示一种或多种预定成分对散射粒子的分布的影响的参考信息来产生分析数据。在根据本专利技术的有利的且非限制性的实施例的方法中，产生分析数据包括：-维护用于对散射过程进行计算模拟的模型，其中将粒子流引向具有预定成分的模拟模型组成的模拟模型样本，-用该模型来模拟散射过程，并改变预定组分的模拟模型组成，直到模拟的散射粒子的分布与测量的散射粒子的分布之间的差达到预定标准；以及-将分析数据设置为满足预定标准的模拟模型组成。根据本专利技术，还提供了一种新的计算机程序，用于产生指示样本中的一种或多种预定成分的存在的分析数据。根据本专利技术的计算机程序包括计算机可执行指令，用于控制可编程处理设备以：-控制源设备将粒子流引向样本，-控制检测器设备，至少根据散射角测量从样本散射的粒子的分布，以及-基于测量的散射粒子的分布和基于指示一种或多种预定成分对散射粒子的分布的影响的参考信息来产生分析数据。根据本专利技术的有利和非限制性实施例的计算机程序包括以下计算机可执行指令，用于控制可编程处理设备以：-维护用于对散射过程进行计算模拟的模型，其中将粒子流引向具有预定成分的模拟模型组成的模拟模型样本，-用所述模型来模拟散射过程，并改变预定组分的模拟模型组成，直到模拟的散射粒子的分布与测量的散射粒子的分布之间的差达到预定标准为止，并且-将分析数据设置为满足预定标准的模拟模型组成。根据本专利技术，还提供了一种新的计算机程序产品。该计算机程序产品包括非易失性计算机可读介质，例如，用根据本专利技术的计算机程序编码的光盘“CD”。在所附的从属权利要求中描述了本专利技术的各种示例性和非限制性实施例。当结合附图阅读以下对具体示例性和非限制性实施例的描述时，将最好地理解本专利技术的各种示例性和非限制性实施例，以及其构造和操作方法，以及其附加的目的和优点。动词“包含”和“包括”在本文档中用作开放式限制，既不排除也不要求存在未叙述的特征。除非另有明确说明，否则从属权利要求中记载的特征可以相互自由组合。此外，应当理解，在整个文件中使用“一个”或“一种”，即单数形式并不排除多个。附图说明示例性的和非限制性的实施例及其优点在下文中以示例的方式并参考附图进行了更详细的说明，其中：图1示出了根据示例性和非限制性实施例的系统，该系统用于产生指示样本中存在一种或多种预定成分的分析数据，图2示出了根据另一示例性和非限制性实施例的系统，该系统用于产生指示样本中存在一种或多种预定成分的分析数据，图3示出了根据示例性和非限制性实施例的系统，该系统用于产生指示样本中存在一种或多种预定成分的分析数据，图4是根据示例性和非限制性实施例的方法的高层流程图，该方法用于产生指示样本中存在一种或多种预定成分的分析数据，以及图5是示出根据示例性和非限制性实施例的方法中基于测量的散射粒子的散射角分布来产生分析数据的流程图。在附图中，带下划线的附图标记用于表示带下划线的数字所在的项目。未加下划线的附图标记与将未加下划线的数字链接到该项目的线所标识的项目有关。当附图标记未加下划线并带有相关的箭头时，未加下划线的附图标记用于标识箭头所指向的常规项目。具体实施方式在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生指示样本(110、210)中的一种或多种预定成分的存在的分析数据的系统(100、200、300)，所述系统包括源设备(120、220)，用于将粒子流(130、230、330)引向所述样本(110、210)，其特征在于，所述系统进一步包括：/n-检测器设备(140、240、340)，所述检测器设备(140、240、340)用于至少根据散射角(θ

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170504 GB 1707089.71.一种用于产生指示样本(110、210)中的一种或多种预定成分的存在的分析数据的系统(100、200、300)，所述系统包括源设备(120、220)，用于将粒子流(130、230、330)引向所述样本(110、210)，其特征在于，所述系统进一步包括：
-检测器设备(140、240、340)，所述检测器设备(140、240、340)用于至少根据散射角(θ1，θ2)来测量从所述样本(110、210)散射的粒子的分布，与每个散射粒子有关的散射角是所述粒子流的到达方向与所考虑的所述散射粒子的轨迹(160、161、260)之间的角度，以及
-处理设备(170、270)，所述处理设备(170、270)用于基于测量的所述散射粒子的分布和基于指示一种或多种预定成分对所述散射粒子的分布的影响的参考信息来产生分析数据。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理设备被配置为：
-维护用于对散射过程进行计算模拟的模型，其中将所述粒子流引向具有所述预定成分的模拟模型组成的模拟模型样本，
-利用所述模型来模拟所述散射过程，并且改变所述预定成分的模拟模型组成，直到模拟的散射粒子的分布与测量的散射粒子的分布之间的差满足预定标准；以及
-将所述分析数据设置为满足所述预定标准的模拟模型组成。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述处理设备被配置为使用以下中的至少一个来寻找满足所述预定标准的模拟模型组成：生成对抗性深度神经网络、非负矩阵分解、遗传算法。


4.根据权利要求1-3中的任一项所述的系统，其中，所述源设备被配置为将以下中的至少一个引向所述样本(110、210)：中子流、α粒子流、β粒子流、质子流。


5.根据权利要求1-4中的任一项所述的系统，其中，所述源设备还被配置为将以下中的至少一个引向所述样本(110、210)：γ光子、X射线光子。


6.根据权利要求1-5中的任一项所述的系统，其中，所述检测器设备(140、240、340)被配置为检测所述散射粒子的能量，并且所述处理设备(170、270)被配置为在产生所述分析数据时使用测量的所述散射粒子的能量以及指示一种或多种预定成分对所述散射粒子的能量的影响的信息。


7.根据权利要求1-6中的任一项所述的系统，其中，所述源设备(120、220)被配置为将中子流引向所述样本(110、210)，所述检测器设备(140、240、340)被配置为根据散射角(θ1，θ2)来测量从所述样本(110，210)散射的中子的分布，所述处理设备(170，270)被配置为根据所述散射角基于测量的散射中子的分布以及基于指示一种或多种预定同位素对所述散射中子的分布的影响的参考信息来产生所述分析数据。


8.根据当从属于权利要求2时的权利要求7所述的系统，其中，所述处理设备被配置为基于以下内容来计算与所述模拟模型样本相对应的质量估计：i)表达所述模拟模型样本中的预定同位素的相对丰度的模拟模型组成，ii)所述预定同位素的原子质量，以及iii)所述模拟模型样本的物质的量，并且在改变所述模拟模型组成时使用样本质量和计算出的质量估计之间的差作为约束。


9.根据权利要求7或8所述的系统，其中，所述检测器设备(140、240)被配置为检测从所述样本到达的伽马光子，并且所述处理设备(170、270)被配置为在产生所述分析数据时使用所述伽马光子的检测结果和表示所述伽马光子与所述散射中子的重合的重合数据。


10.根据权利要求7-9中的任一项所述的系统，其中，所述检测器设备(140、240)被配置为检测α粒子，并且所述处理设备(170、270)被配置为在产生所述分析数据时使用所述α粒子的检测结果和指示所述一种或多种预定同位素对所述α粒子的入射的影响的信息。


11.根据权利要求7-10中的任一项所述的系统，其中，所述检测器设备(140、240)被配置为检测β粒子，并且所述处理设备(170、270)被配置为在产生所述分析数据时使用所述β粒子的检测结果以及指示所述一种或多种预定同位素对所述β粒子的入射的影响的信息。


12.根据权利要求1-11中的任一项所述的系统，其中，所述处理设备(170、270)被配置为：根据所述散射角，基于测量的所述散射粒子的分布以及基于指示一种或多种化学物质或化合物对所述散射粒子的分布的影响的参考信息来产生所述分析数据。


13.根据权利要求1-12中的任一项所述的系统，其中，所述检测器设备(240)被配置为根据所述散射角(θ)和根据方位角来测量所述散射粒子的分布，与每个散射粒子有关的所述方位角是所考虑的所述散射粒子的轨迹在垂直于所述粒子流的到达方向的几何平面上的投影与所述几何平面上的预定参考方向之间的角度。


14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述处理设备(270)被配置为：根据所述散射角和所述方位角，基于测量的所述散射粒子的分布以及基于指示一种或多种预定异构体对所述散射粒子的分布的影响的参考信息来产生所述分析数据。


15.一种用于产生指示样本(110)中的一种或多种预定成分的存在的分析数据的方法，所述方法包括将粒子流(130)引向(401)所述样本(110)，其特征在于，所述方法进一步包括：
-至少根据散射角(θ1，θ2)来测量(402)...

【专利技术属性】
技术研发人员：里斯托·奥拉瓦，扬·卡尔森，
申请(专利权)人：森斯奈特公司，
类型：发明
国别省市：芬兰;FI