用波长色散x射线荧光光谱仪确定试验样本中质量分数的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于基于通过波长色散X射线荧光光谱仪进行的测量来确定试验样本中的一种或多种元素的质量分数的系统、方法和计算机程序产品，该WDX光谱仪测量与该试验样本中具有待确定质量分数的相应元素相关联的总强度。质量分数模块通过使用校准公式以该相应测量的总强度和相应计算的散射效率作为输入来确定质量分数。通过以下任一方式来确定该试验样本的该元素组成：经由迭代模块，该迭代模块适于基于与该试验样本中的元素相关联的所测量的总强度来迭代地确定该特定元素组成的质量分数估计；或者经由EDX量化模块，该EDX量化模块适于使用能量色散X射线检测器根据量化获得该特定元素组成的质量分数估计。该特定元素组成的质量分数估计。该特定元素组成的质量分数估计。

【技术实现步骤摘要】
用波长色散x射线荧光光谱仪确定试验样本中质量分数的系统和方法


[0001]本专利技术整体涉及波长色散x射线荧光光谱学，并且更具体地涉及从波长色散x射线荧光(WDX)光谱仪的光谱确定试验样本中元素的质量分数。术语“元素的质量分数”和“元素的浓度”在本文中用作同义词。

技术介绍

[0002]在波长色散x射线荧光(WDX)光谱学中，x射线管产生包括管材料和轫致辐射的特征线的多色初级辐射。初级辐射被引导到待分析的样本上。初级辐射产生表征样本中所含元素的x射线荧光(XRF)发射。另外，初级辐射被样本散射。来自样本的辐射(次级辐射)被测角器中心的单色仪(通常为晶体)色散，这允许存在各种衍射角θ。该技术基于布拉格定律(公式F1)：
[0003]nλ＝2d sinθ，
ꢀꢀꢀ
(F1)
[0004]其中n是衍射级，λ是波长，并且d是单色仪的晶格面距离。
[0005]波长可以通过公式F2转换成能量：
[0006][0007]为了量化未知样本中特定元素的浓度c(质量分数)，所述元素的特征荧光强度I必须通过转换因子(斜率)a与元素的浓度相关：
[0008]c＝aI
净
ꢀꢀꢀ
(F3)
[0009]在公式F3中可以存在另外的校正，诸如重叠和/或矩阵校正(所属领域的技术人员已知的)，为了简单起见，这里不讨论这些校正。在校准步骤中确定转换因子(和潜在的其它校正因子)，其中测量待分析元素的浓度(质量分数)已知的校准样本，并且调整转换因子，使得通过公式F3从所测量的强度计算的质量分数最佳地匹配校准样本的已知质量分数。
[0010]然而，在XRF光谱仪的光谱中，元素的特征荧光强度与被称为背景的其它强度叠加。特定元素的相关净强度(I
净
)可以通过从在元素的相应荧光线的峰位置处测量的强度(I
峰
)减去背景(I
背景
)来确定：
[0011]I
净
＝I
峰
‑
I
背景
ꢀꢀꢀ
(F4)
[0012]由于峰下的背景不是直接可获得的，因此根据在相应峰之前和/或之后测量的强度对其进行内插或外推。
[0013]虽然光谱仪可以扫描宽泛范围的角度以产生试验样本的光谱，但是在实际应用中，仅测量单个点以在可能的最短时间内获得良好的准确度。换句话说，许多应用(例如，在钢生产中使用的WDX光谱学)对于避免在等待测量和评估产品组成的同时停止生产线的必要性是非常时间关键的。然而，除了峰位置处的强度之外，背景强度的额外点需要通过现有技术方法来测量，因此增加了总测量时间。
[0014]当使用背景点时，现有技术方法的另一个问题是在光谱中找到可以以不受干扰的
方式确定背景强度的区域，因为通常试验样本中多种元素的多个特征荧光峰存在于待分析的峰附近，因此隐藏了背景强度。为了克服这个问题，现有技术方法通常通过使用不同的晶体(例如，LiF220而不是LiF200)或者通过使用限制撞击单色仪的射束的角发散的更小的准直器来增加测量的分辨率。然而，这两种方法都非常显著地降低了总强度，因此再次增加了总测量时间。
[0015]Feather和Willis于1976年在以下文献中公布了补救该问题的另一种现有技术方法：“A simple method for background and matrix correction of spectral peaks in trace element determination by X
‑
ray fluorescence spectrometry.X
‑
Ray Spectrom.，5：41
‑
48.https:∥doi.org/10.1002/xrs.1300050110”。该方法使用空白(不包含分析物的校准样本)的测量的背景强度，并通过计算质量吸收系数或通过测量康普顿散射管线来校正这些基质效应。即，该方法通过在校准期间使用不包含分析物的专用样本(空白样本)来计算样本特定背景。因此，这增加了校准和评估期间所需的工作量。此外，其仅适用于空白样本易得的情况。

技术实现思路

[0016]因此，需要通过使用波长色散X射线荧光光谱仪来提供试验样本中一种或多种元素的质量分数的系统和方法，该系统和方法在校准和评估期间以较少的工作量将测量时间减少到最小。特别地，在时间关键的生产过程(例如，钢生产)中，需要将用于确定此类质量分数的测量时间减少到可能最短的时间间隔。该问题由根据独立权利要求的特征通过消除测量背景点的必要性从而减少评估未知样本所需的总测量时间来解决。另外，受权利要求书保护的专利技术允许使用较低分辨率的WDX光谱仪，因此进一步允许较高的总强度和较短的测量时间。
[0017]在WDX光谱学中，背景主要是来自样本上的x射线管的散射辐射(I
散射
)：
[0018]I
背景
＝bI
散射
ꢀꢀꢀ
(F5)
[0019]其中b是考虑给定仪器几何形状结构的光谱仪的设备参数的比例因子。
[0020]本文所公开的方法基于使用样本组成(即，由样本中包含的元素的质量分数指定的样本的元素组成)作为计算基础的计算的散射辐射。可以通过使用迭代程序或通过使用另外的能量色散X射线(EDX)检测器测量样本来了解样本组成，如以下进一步详细描述的。
[0021]对于给定的入射强度(I
入射
)、能量(E)和样本组成(c)，散射辐射的强度可以根据下式计算：
[0022]I
散射
＝I
入射
s(c，E)
ꢀꢀꢀ
(F6)
[0023]其中s表示计算散射效率的函数，该散射效率被定义为给定样本组成和能量(给定仪器几何形状结构)的入射强度与散射强度之间的比率。
[0024]利用上述校准公式F3来确定特定元素i的质量分数c
i
得出：
[0025]c
i
＝a
i I
净，i
＝a
i
(I
峰，i
‑
I
背景，i
)
[0026]＝a
i
(I
峰，i
‑
b
i I
散射，i
)
[0027]＝a
i
(I
峰，i
‑
b
i I
入射，i s(c，E
i
))
ꢀꢀꢀ
(F7)
[0028]由于I
入射，i
独立于样本组成，其可以与校准参数b
i
组合以形成：
[0029]c
i
＝a
i
(I
峰i
‑
d
i s(c，E))
ꢀꢀꢀ<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算机实现的方法(1000)，所述计算机实现的方法用于基于通过被称为WDX光谱仪(200)的波长色散x射线荧光光谱仪进行的测量来确定试验样本(202)中的一种或多种元素的质量分数，包括：从所述WDX光谱仪的检测器(204)接收(1100)与所述试验样本(202)中具有对应的一个或多个待确定质量分数(MFi)的相应的一种或多种元素相关联的一个或多个总强度(212)；以及通过使用校准公式(CE1)以相应测量的总强度(212)和相应计算的散射效率(112)作为输入来确定(1200)所述一个或多个待确定质量分数(MFi)中的每个待确定质量分数，其中所述计算的散射效率被定义为特定元素组成和能量的入射强度与散射强度之间的比率，所述校准公式(CE1)将样本元素的特征荧光发射线的净强度与相应质量分数相关联，其中特定峰的所述净强度通过根据所述校准公式(CE1)从所述特定峰的所测量的总强度(212)减去所述相应计算的散射效率(112)乘以比例因子而获得，其中所述试验样本的所述特定元素组成通过以下任一方式来估计：基于与所述试验样本中的元素相关联的所测量的总强度来迭代地确定所述特定元素组成的质量分数估计；或者：使用被称为EDX检测器(206)的能量色散X射线检测器根据量化来获得所述特定元素组成的质量分数估计。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述校准公式(CE1)具有从使用具有已知元素组成的一个或多个校准样本的先前校准步骤获得的一组校准参数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中迭代地确定所述特定元素组成的质量分数估计包括：通过任意值初始化(1210)所述元素的当前质量分数估计；针对与待确定质量分数相关联的每个总强度，使用所述当前质量分数估计与相应元素的荧光线的能量来计算(1220)所述相应计算的散射效率；通过所述校准公式来计算(1230)所述一个或多个待确定质量分数作为当前质量分数估计；只要最近一次迭代的所述一个或多个待确定质量分数与前一次迭代的相应的一个或多个待确定质量分数之间的所述质量分数差值(MFD)超过预定义的阈值(T1)，则重复(1240)所述计算步骤。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中为了迭代地确定所述一个或多个待确定质量分数，通过所述WDX光谱仪的所述检测器(204)或通过所述EDX检测器(206)测量所述总强度。5.根据权利要求1所述的方法，其中使用EDX检测器(206)根据量化来获得所述一个或多个待确定质量分数包括以下中的任一者：在通过所述WDX光谱仪的所述检测器(204)测量所述试验样本之前，通过所述EDX检测器(206)测量所述样本，与通过所述WDX光谱仪的所述检测器(204)进行的对所述试验样本的测量并行地通过所述EDX检测器测量所述样本，以及在通过所述WDX光谱仪的所述检测器(204)测量所述试验样本之后，通过所述EDX检测
器测量所述样本。6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中在所述先前校准步骤中，基于所述一个或多个校准样本的已知属性来调整所述校准公式的参数。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于确定计算的散射效率的所述试验样本的所述元素组成限于所述试验样本中的质量分数超过预定义的阈值的元素。8.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于基于通过波长色散x射线荧光光谱仪进行的测量来确定试验样本(202)中的一种或多种元素的质量分数，所述计算机程序产品具有计算机可读指令，当被加载到计算设备的存储器中并且由所述计算设备的至少一个处理器执行时，所述计算机可读指令使得所述计算设备执行根据前述权利要求中的任一项所述的计算机实现的方法。9.一种计算机系统(100)，所述计算机系统用于基于通过被...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：布鲁克AXS公司，
类型：发明
国别省市：