利用滤波的x射线荧光的系统和方法技术方案

一种x射线光学滤波器包括至少一个x射线光学反射镜，该至少一个x射线光学反射镜被配置成接收具有第一x射线谱的多个x射线，通过多层反射或全外反射将所接收到的x射线中的至少一些接收到的x射线分离成反射x射线和非反射x射线，并形成x射线束，所述x射线束包括反射x射线中的至少一些反射x射线和/或非反射x射线中的至少一些非反射x射线，其中，第一x射线谱具有的第一强度在预定立体角范围中是关于能量的函数。所述x射线束具有第二x射线谱，第二x射线谱具有的第二强度在该立体角范围中是关于能量的函数，第二强度在至少3keV宽的第一连续能量范围内大于或等于第一强度的50％，第二强度在至少100eV宽的第二连续能量范围内小于或等于第一强度的10％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用滤波的x射线荧光的系统和方法优先权要求本申请要求享有2018年9月4日提交的美国临时申请第62/726,776号和2019年1月18日提交的美国临时申请第62/794,281号的优先权的权益，每个申请的全部内容通过引用的方式并入本文。领域本申请总体涉及基于实验室的x射线荧光分析系统和方法。
技术介绍
在使用实验室x射线源的x射线荧光(XRF)分析中，痕量元素的检测和定量的主要限制是由于到达x射线检测器并被x射线检测器检测到的入射x射线的弹性和非弹性(康普顿)散射而导致的背景影响(backgroundcontribution)。该背景影响在与感兴趣的x射线荧光线的能量重叠的能量范围内延伸，并且是使x射线检测器的信噪比降低的重要噪声源。在一些常规的XRF系统中，通过将入射x射线束透射通过一个或多个薄箔滤波器来衰减以感兴趣的x射线荧光线的能量范围入射在样品上的x射线，来减少背景影响。然而，这种透射滤波器倾向于仅在略高于滤波器材料的吸收边缘上方的相对窄的能量范围上有效。另外，这种透射滤波器还使到达样品并激发x射线荧光线的较高能量轫致辐射x射线衰减，从而减少了期望的x射线荧光信号。在其他常规XRF系统中，通过从多层涂布表面(例如反射镜；单色仪)反射入射x射线束来从入射x射线能谱滤掉背景影响，该多层涂布表面选择性反射对应能量范围内的x射线并使超出对应能量范围的x射线透射。经反射的x射线被引导以照亮样品，而透射的x射线偏离样品和x射线检测器传播出去。
技术实现思路
在本文中所公开的一个方面中，x射线光学滤波器包括至少一个x射线光学反射镜。至少一个x射线光学反射镜被配置成接收具有第一x射线谱的多个x射线，通过多层反射或全外反射将接收到的x射线中的至少一些接收到的x射线分离成反射x射线和非反射x射线，并形成x射线束，所述x射线束包括反射x射线中的至少一些反射x射线和/或非反射x射线中的至少一些非反射x射线，其中，第一x射线谱具有的第一强度在预定立体角范围中是关于能量的函数。x射线束具有第二x射线谱，第二x射线谱具有的第二强度在该立体角范围中是关于能量的函数，该第二强度在至少3keV宽的第一连续能量范围内大于或等于第一强度的50％，第二强度在至少100eV宽的第二连续能量范围内小于或等于第一强度的10％。在本文中所公开的另一方面中，提供了一种执行x射线荧光分析的方法。方法包括接收具有第一能谱和第一空间分布的x射线。方法还包括反射接收到的x射线中的至少一些接收到的x射线，反射x射线具有第二能谱和第二空间分布。方法还包括通过多层反射和/或全外反射将反射x射线分离成冲击样品的第一部分和具有预定x射线能量范围的第二部分，第一部分具有第三能谱，第三能谱与第二能谱相比，在预定x射线能量范围内的强度被降低。在本文中所公开的另一方面中，x射线系统包括至少一个第一x射线光学反射镜，该至少一个第一x射线光学反射镜被配置成接收具有第一能谱的第一x射线束的至少一部分，并反射第一x射线束的该部分的x射线中的至少一些x射线以形成第二x射线束。x射线系统还包括至少一个第二x射线光学反射镜，该至少一个第二x射线光学反射镜包括至少一个镶嵌晶体层、至少一个深度递变的多层反射器和/或至少一个掠入射反射镜，至少一个第二x射线光学反射镜被配置成接收来自至少一个第一x射线光学反射镜的x射线中的至少一些x射线，透射第二x射线束并反射从至少一个第一x射线光学反射镜接收到的x射线中的反射部分，所述第二x射线束包括从至少一个第一x射线光学反射镜接收到的x射线的透射部分。第二x射线束具有第二能谱，第二能谱与第一能谱相比，在预定x射线能量范围内的强度被降低。在本文中所公开的另一方面中，x射线系统包括被配置成生成x射线的至少一个x射线源。x射线系统还包括至少一个x射线光学元件，该至少一个x射线光学元件被配置成接收并聚焦来自至少一个x射线源的至少一些x射线。至少一个x射线光学元件包括至少一个衬底，该至少一个衬底包括表面和在该表面上的至少一个深度递变的多层涂层。至少一个深度递变的多层涂层被配置成基本上反射具有在第一能量范围内的能量的x射线并且基本上不反射第二能量范围内的能量的x射线，第二能量范围与第一能量范围不重叠。附图说明图1示出了根据本文中所描述的某些实施例的可使用硬x射线检测的生物学上重要的元素的示例(来自MJPushie等人，“生物系统的元素和化学特异性x射线荧光成像(Elementalandchemicallyspecificx-rayfluorescenceimagingofbiologicalsystems)”，化学评论114:17(2014):8499-8541)。图2A-2D示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的示例x射线光学系统。图3A示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的示例x射线光学系统。图3B示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的图3A的x射线聚焦光学元件的示例至少一个衬底。图3C示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的图3A的x射线聚焦光学元件的示例至少一个层。图4A示意性地图示了电子碰撞x射线源在预定立体角范围内的示例理想化x射线谱，在立体角范围内的理想化常规箔滤波的Au目标光谱。图4B示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的电子在预定立体角范围内碰撞x射线源的示例理想化x射线谱以及在立体角范围内的理想化“陷波(notch)”滤波的Au目标x射线光谱。图5A示出了根据本文中所描述的某些实施例的以16.7毫弧度(0.93度)的入射角分别针对4.5nm和3nmd间距从x射线聚焦光学元件的椭圆形部分的下游端反射的两个示例x射线谱。图5B示出了根据本文中所描述的某些实施例的以12.5毫弧度(0.72度)的入射角分别针对4.5nm和3nmd间距从x射线聚焦光学元件的椭圆形部分的上游端反射的两个示例x射线谱。图6示出了根据本文中所描述的某些实施例的在四条x射线激发能下的Fe、Cu和Zn的K线x射线荧光横截面的表。图7示出了根据本文中所描述的某些实施例的使用5mm厚的Si滤波器抑制在P和SK线荧光下面的不希望的背景。图8A-8D示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的x射线光学系统的各种其他示例。图9A示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的包括至少一个毛细管的示例第一x射线光学元件的横截面图。图9B示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的第一x射线束的示例第一x射线能谱。图10A示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的示例系统，在该示例系统中至少一个第二x射线光学元件包括至少一个x射线反射器。图10B示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的图10A的第二x射线束的示例第二x射线能谱。图11A示意性地图示了根据本文中所描述的某些实施例的示例系统，在该示例系统中至少一个第二x射线光学元件包括多个x射线反射器。图11B示意性地图示了根据本文中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种x射线光学滤波器，包括至少一个x射线光学反射镜，所述至少一个x射线光学反射镜被配置成接收具有第一x射线谱的多个x射线，通过多层反射或全外反射将所接收到的x射线中的至少一些接收到的x射线分离成反射x射线和非反射x射线，并形成具有第二x射线谱的x射线束，所述x射线束包括所述反射x射线中的至少一些反射x射线和/或所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线，其中，所述第一x射线谱具有的第一强度在预定立体角范围中是关于能量的函数，所述x射线束具有的第二强度在所述立体角范围中是关于能量的函数，所述第二强度在至少3keV宽的第一连续能量范围内大于或等于所述第一强度的50％，所述第二强度在至少100eV宽的第二连续能量范围内小于或等于所述第一强度的10％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180904 US 62/726,776;20190118 US 62/794,2811.一种x射线光学滤波器，包括至少一个x射线光学反射镜，所述至少一个x射线光学反射镜被配置成接收具有第一x射线谱的多个x射线，通过多层反射或全外反射将所接收到的x射线中的至少一些接收到的x射线分离成反射x射线和非反射x射线，并形成具有第二x射线谱的x射线束，所述x射线束包括所述反射x射线中的至少一些反射x射线和/或所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线，其中，所述第一x射线谱具有的第一强度在预定立体角范围中是关于能量的函数，所述x射线束具有的第二强度在所述立体角范围中是关于能量的函数，所述第二强度在至少3keV宽的第一连续能量范围内大于或等于所述第一强度的50％，所述第二强度在至少100eV宽的第二连续能量范围内小于或等于所述第一强度的10％。


2.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述第二强度在至少2keV宽的第三连续能量范围内大于或等于所述第一强度的50％，所述第二连续能量范围在所述第一连续能量范围与所述第三连续能量范围之间。


3.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述至少一个x射线光学反射镜包括轴向对称x射线聚焦光学反射镜，所述轴向对称x射线聚焦光学反射镜包括衬底和在所述衬底上的至少一个层，所述至少一个层包括深度递变的多层涂层，所述第二x射线束基本上由所述反射x射线中的至少一些反射x射线组成。


4.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述至少一个x射线光学反射镜包括衬底和在所述衬底上的至少一个层，所述至少一个层包括至少一个镶嵌晶体层和/或至少一个深度递变的多层，所述第二x射线束基本上由所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线组成。


5.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述至少一个x射线光学反射镜包括：第一x射线光学反射镜，包括第一衬底和在所述第一衬底上的至少一个第一层；以及第二x射线光学反射镜，包括第二衬底和在所述第二衬底上的至少一个第二层，所述第二x射线光学元件被配置成接收来自所述第一x射线光学元件的所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线，所述第二x射线束基本上由来自所述第二x射线光学元件的所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线组成。


6.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述至少一个x射线光学反射镜包括至少一个掠入射反射镜，所述第二x射线束基本上由所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线组成。


7.根据权利要求1所述的滤波器，其中，所述至少一个x射线光学反射镜包括第一掠入射反射镜和第二掠入射反射镜，所述第二x射线束基本上由来自所述第一掠入射反射镜的所述非反射x射线中的至少一些非反射x射线组成，所述第二x射线束和从所述第二掠入射反射镜被反射的来自所述第一掠入射反射镜的所述反射x射线中的至少一些反射x射线中的至少一部分而被引导以辐照样品。


8.一种执行x射线荧光分析的方法，所述方法包括：
接收具有第一能谱和第一空间分布的x射线；
反射所述接收到的x射线中的至少一些接收到的x射线，反射x射线具有第二能谱和第二空间分布；并且
通过多层反射和/或全外反射将所述反射x射线分离成冲击样品的第一部分和具有预定x射线能量范围的第二部分，所述第一部分具有第三能谱，所述第三能谱与所述第二能谱相比，在所述预定x射线能量范围内的强度被降低。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一部分的x射线中的至少一些x射线被配置成激发所述样品内的x射线荧光，所述x射线荧光包括在所述预定x射线能量范围内的x射线荧光线。


10.根据权利要求8所述的方法，还包括反射所述第二部分的一些x射线以冲击所述样品。


11.一种x射线系统，包括：
至少一个第一x射线光学反射镜，被配置成接收具有第一能谱的第一x射线束的至少一部分，并反射所述第一x射线束的该部分的x射线中的至少一些x射线以形成第二x射线束；以及
至少一个第二x射线光学反射镜，包括至少一个镶嵌晶体层、至少一个深度递变的多层反射器和/或至少一个掠入射反射镜，所述至少一个第二x射线光学反射镜被配置成接收来自所述至少一个第一x射线光学反射镜的x射线中的至少一些x射线，透射第二x射线束并反射从所述至少一个第一x射线光学反射镜接收到的x射线中的反射部分，所述第二x射线束包括从所述至少一个第一x射线光学反射镜接收到的x射线中的透射部分，所述第二x射线束具有第二能谱，所述第二能谱与所述第一能谱相比，在预定x射线能量范围内的强度被降低。


12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第二x射线束的至少一部分被配置成辐照样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：云文兵，雅诺什·科瑞，本杰明·唐纳德·斯卓博，西尔维娅·贾·云·路易斯，
申请(专利权)人：斯格瑞公司，
类型：发明
国别省市：美国;US