本发明专利技术涉及便携式分析仪和XRF分析方法，所述便携式分析仪包括：气压测量装置，用于测量环境气压；以及处理子系统，响应于检测器子系统和所述气压测量装置。所述处理子系统被配置为基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少一种低原子序数元素的x射线的强度来计算所述元素在试样内的含量。基于环境气压来校正强度值。所述XRF分析方法包括通过考虑气压来自动确定元素的含量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及ー种便携式X射线荧光(XFR)分析仪。
技术介绍
便携式XRF分析仪用于检测存在于试样内的元素。典型的便携式XRF分析仪包括用于将X射线引导至试样的X射线源以及响应于从该试样发射的X射线的检测器。分析仪处理该检测器所产生的输出信号，并根据对检测到的X射线光子数的计数将检测到的X射线光子的能量水平分割成数个能量子区间，以产生描述试样的X射线光谱的图。不同能量水平上的強度与不同元素的含量相对应。便携式XRF分析仪是已知的。參见，例如申请人的共同未决申请2006年10月17日提交的题为“XRF System with Novel Sample Bottle”的美国专利申请11/582，038以 及2006年10月24日提交的题为“Fuel Analysis System”的美国专利申请11/585，367，上述申请具有ー个或多个共同专利技术人并且具有相同的受让人，在此通过引用将其合并到本说明书中。同样參见美国专利6，501，825,6, 909，770,6, 477，227以及6，850，592，在此通过引用将这些专利均合并到本说明书中。操作员可以使用便携式XRF分析仪检查试样内是否存在特定元素，并且可具体应用在诸如合金、矿石和矿物分析、安全和执法、环保应用、艺术和历史工作、生物医学和制药应用以及エ艺化学等领域。便携式XRF分析仪的另一关键用途是检测玩具和衣料中是否存在美国消费品安全委员会(CPSC)所列举的诸如铅等元素、以及检测欧盟关于限制使用特定有害物质(RoHs)指示所列举的元素。该指示限制在制造电气电子设备中使用诸如铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)和溴(Br)等特定有害物质。现有技术中，难以对由例如位于钠(Na)和氯(Cl)之间的元素等的原子序数较低的元素的原子所发射的低能量X射线进行分析。这是因为，这些X射线的低能量通常被环境大气(例如，空气)或材料本身所吸收。空气中天然存在的氩也非常高效地发出荧光，并且产生了光谱范围在与測量如S和Cl等的低原子序数元素中的某个元素时的光谱范围相同的背景噪声源。直到最近，为了精确地分析和检测这些低原子序数元素，必须去除分析仪窗口和检测器之间的空气。这可通过创造真空或者通过进行氦气净化以利用氦气代替分析仪窗口和检测器之间的空气来完成。真空或浄化条件防止低能量X射线被环境大气吸收，并且提高XRF分析仪的灵敏度。參见美国专利公开US2008/0152079A1和US2007/0269003，在此通过引用将其合并到本说明书中。在US2007/0269003中，在真空室内具有气压传感器和温度传感器以确定该真空室内的空气密度。使用小型真空泵，并且基于真空室内的不同气压来对读数进行校正。然而，近年来检测器技术的改进已允许对低原子序数元素进行精确测量而无需真空或浄化条件，该检测器技术的改进包括在便携式XRF装置中使用硅漂移检测器(SDD)。SDD技术通常能够以10倍以上的速率进行计数，并且具有较低的固有噪声。这些检测器的改进消除了前面提到的空气吸收问题，因而允许在常温常压下、即无需真空或浄化条件的情况下更加有效地测量低原子序数元素。然而，即使采用SDD检测器，使用去除中间空气的浄化或真空条件的确提高了分析的质量，这仍然是事实。一些便携式XRF装置制造商如今提供商用便携式XRF装置，以仅需试样窗ロ与检测器和/或X射线源之间的一般空气环境来使用SDD检测器技术测量低原子序数元素。
技术实现思路
在常温常压下分析低原子序数元素的便携式XRF分析应用仍存在极大问题。对于被测量的来自Na(Z = 11) Ti(Z = 22)的x射线，特别是对于能量非常低的诸如Mg、Al和Si等的重要合金元素，从试样行进至检测器的X射线的数量基于环境气压而改变。这是因为，环境气压越高意味着能够吸收来自低原子序数元素的低能量X射线的空气分子越多，反之亦然。所报告的低原子序数元素的含量与从试样内的各低原子序数元素发出并被检测到的X射线的数量成比例。例如，所报告的Mg含量与从试样检测到的Mg X射线的数量成比例。气压相对于エ厂校准时的气压升高意味着(将因气压相对于校准时的气压较高而)检测到较少的Mg X射线，反之亦然。这意味着对Mg的报告结果将依赖当地气压而改变，由此造成报告结果中的系统性误差。 一般在特殊地理位置处(常见的是在エ厂中)对便携式XRF单元进行校准，因而便携式XRF単元仅经受微小的气压变化。然后，在环境气压发生变化的各种气候和地形中使用上述便携式XRF単元。在一些情况下，便携式XRF単元被带至山区环境气压相当低的高海拔处。在其它情况下，便携式XRF単元被带至矿场内地下几百或几千英尺的位置处。在上述所有情况下，当地的实际气压相对于校准时的气压可以有很大不同。即使例如低气压锋面的缓和气压变化也将影响測量出的最低原子序数元素含量，这也是事实。便携式XRF分析仪由于能够现场快速提供精确的定量结果而被使用。期望操作员对因为天气或海抜所引起的气压变化进行手动校正或再校准根本不切实际。本专利技术的ー个目的是提供一种改进的便携式XRF分析仪，并且这种分析仪提供环境气压测量值并将其报告至XRF处理器以现场校正对低原子序数元素的結果，从而说明海拔或当地气压的影响。操作员无需由于气压对低原子序数元素的影响而当地气压条件下进行结果校正或便携式XRF单元再校准。在一个实施例中，本专利技术在某种程度上起因于以下领悟注意到既然在不利用真空或浄化条件的情况下采用SSD来測量低原子序数元素在商业上是可行的，那么ー种改进的便携式XRF分析仪通过使用便携式气压计来自动对对应于这些元素的结果进行校正以得到优良的分析数据也是可行的。位于窗ロ后级的检测器响应于从试样辐射的X射线。处理器，响应于所述检测器而分析被发射的X射线的光谱以检测低原子序数元素，并响应于用于检测分析仪的气压变化的气压传感器而自动校正报告的結果。可以将诸如飞思卡尔半导体公司(Freescale Semiconductor)制造的型号为MPL115A等的非常小巧的低功率气压计安装在便携式XRF装置内。不论气体类型或湿度如何，所述气压计测量气压值并将该值以数字形式报告至处理器。对于任何给定的測量，所述便携式XRF装置能够使用任何时间在当地測量出的气压和校准时的测量气压，来对所测量出的低原子序数元素的强度进行校正。因而，对于任何天气或海抜，便携式XRF装置都可自动校正被报告的低原子序数元素的含量。 在一个例子中，本专利技术的特征在于ー种便携式分析仪，该便携式分析仪包括X射线源，被配置为发射X射线至试样；以及检测器子系统，响应于所述试样放射出的X射线并且输出所检测到的不同能量水平的X射线的强度。配置气压测量装置以测量环境气压。通常还包括温度传感器。处理子 系统响应于所述检测器子系统和所述气压測量装置，并且被配置为基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少ー种低原子序数元素的X射线的强度来计算所述元素在所述试样内的含量。所述处理子系统基于环境气压和环境温度来校正所述强度。检测器子系统通常输出在校准气压P。下对应于元素已知含量的強度I。然后，所述处理子系统在气压大于P。时提高強度，并在气压小于P。时降低強度。进ー步被包括的可为存储校准数据(曲线或公式)，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种便携式分析仪，包括：x射线源，被配置为发射x射线至试样；检测器子系统，响应于由所述试样放射出的x射线，并且输出所检测到的具有不同能量水平的x射线的强度；气压测量装置，被配置为测量环境气压；处理子系统，响应于所述检测器子系统和所述气压测量装置，并被配置为：基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少一种低原子序数元素的x射线的强度来计算所述元素在所述试样内的含量，其中所述计算包括基于所述环境气压来校正所述强度。
【技术特征摘要】
2011.03.16 US 13/065,1741.一种便携式分析仪，包括 X射线源，被配置为发射X射线至试样； 检测器子系统，响应于由所述试样放射出的X射线，并且输出所检测到的具有不同能量水平的X射线的强度； 气压测量装置，被配置为测量环境气压； 处理子系统，响应于所述检测器子系统和所述气压測量装置，并被配置为 基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少ー种低原子序数元素的X射线的強度来计算所述元素在所述试样内的含量，其中所述计算包括基于所述环境气压来校正所述强度。2.根据权利要求I所述的便携式分析仪，其特征在干， 所述检测器子系统输出在校准气压P。下对应于所述元素的已知含量的強度I，以及 所述处理子系统在所述环境气压大于P。时提高所述强度，并在所述环境气压小于P。时降低所述强度。3.根据权利要求I所述的便携式分析仪，其特征在干，该便携式分析仪还包括存储的校准数据， 对于ー种低原子序数元素，所述校准数据至少包括在不同气压下对应于该元素的已知含量的強度水平。4.根据权利要求3所述的便携式分析仪，其特征在干，所述处理子系统被配置为基于所述存储的校准数据来校正測量出的強度。5.根据权利要求4所述的便携式分析仪，其特征在干，所述处理子系统被配置为计算在測量出的气压下对应于所述元素的吸收因子。6.根据权利要求I所述的便携式分析仪，其特征在于，所述检测器子系统包括硅漂移检测器。7.根据权利要求I所述的便携式分析仪，其特征在于，所述气压測量装置是气压计。8.根据权利要求I所述的便携式分析仪，其特征在干，该便携式分析仪还包括温度传感器，所述温度传感器用于测量环境空气温度。9.根据权利要求8所述的便携式分析仪，其特征在干，所述处理子系统进一歩被配置为 基于所述环境空气温度来校正所述环境气压，并且 基于校正后的气压来对所述强度进行校正。10.根据权利要求9所述的便携式分析仪，其特征在于，所述处理子系统被配置为通过基于測量出的温度和校准温度对测量出的气压进行校正，来基于所述測量出的温度校正所述测量出的气压。11.根据权利要求9所述的便携式分析仪，其特征在于，所述处理子系统被配置为通过确定所述校正后的气压和校准气压之间的差值并使用所述差值校正所述强度，来对所述强度进行校正。12.根据权利要求11所述的便携式分析仪，其特征在于，所述处理子系统被配置为通过确定校正因子来校正所述强度，其中所述校正因子是常数与所述校正后的气压和校准气压之间的差值的函数。13.根据权利要求12所述的便携式分析仪，其特征在干，对于已知的激发能，每种元素的校正因子是通过经验确定的。14.根据权利要求I所述的便携式分析仪，其特征在干，...
【专利技术属性】
技术研发人员：P·J·哈德曼，
申请(专利权)人：奥林巴斯NDT公司，
类型：发明
国别省市：
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