本發(fā)明涉及光譜分析領(lǐng)域，特別涉及一種在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

X射線指電磁波譜中波長(zhǎng)介于0.01-10nm的電磁波，其特性通常由能量(Kev)和波長(zhǎng)(nm)來(lái)決定。X射線熒光(XRF)是一種原子內(nèi)部變化所引起的現(xiàn)象。穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)由原子核和核外電子組成，核外電子以其特有的能量在原子核外運(yùn)動(dòng)。當(dāng)內(nèi)層電子(如K層)受到足夠多能量的X射線照射時(shí)，內(nèi)層電子就會(huì)脫離原來(lái)的軌道，電子釋放出來(lái)，從而形成相應(yīng)的電子空穴，此時(shí)處于較高殼層的電子(如L層)就會(huì)躍遷到該較低的電子層上來(lái)彌補(bǔ)相應(yīng)的電子空穴。由于不同電子層的電子能量不同，這些能量差值以二次X射線的形式釋放出來(lái)，就形成了X射線熒光(XRF)。不同的元素所釋放出來(lái)的二次射線具有特定的能量特征。通過(guò)對(duì)XRF光譜的檢測(cè)可以測(cè)量元素的種類(lèi)，現(xiàn)有技術(shù)中有效的元素測(cè)量范圍為11號(hào)元素(Na)到92號(hào)元素(U)。

由于XRF光譜與樣品的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)無(wú)關(guān)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，臺(tái)式和手持式X射線熒光光譜分析已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于固體、液體和粉末的測(cè)試。如在公開(kāi)號(hào)為CN102735705 B的中國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了一種便攜式XRF檢測(cè)儀，其典型結(jié)構(gòu)包括用于將X射線引導(dǎo)至試樣的X射線源以及響應(yīng)該試樣發(fā)射的X射線的檢測(cè)器。分析子系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行定量和定性分析，對(duì)特定元素種類(lèi)鑒別和含量分析。但現(xiàn)有技術(shù)中的此類(lèi)臺(tái)式和手持式X射線熒光光譜儀不能對(duì)過(guò)程工業(yè)中的樣品進(jìn)行快速聯(lián)系的分析，也不能在分析數(shù)據(jù)后對(duì)整個(gè)過(guò)程反饋進(jìn)行自動(dòng)化控制，從而提升整個(gè)流程的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服已有的X射線熒光光譜儀不能對(duì)過(guò)程工業(yè)中的樣品進(jìn)行快速聯(lián)系的分析，也不能在分析數(shù)據(jù)后對(duì)整個(gè)過(guò)程反饋進(jìn)行自動(dòng)化控制的缺陷，從而提供一種在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)，包括檢測(cè)子系統(tǒng)、自控子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；其中，

所述檢測(cè)子系統(tǒng)包括X射線源、X射線檢測(cè)器以及樣品采集器；X射線源所發(fā)出的X射線入射到樣品采集器內(nèi)，所述樣品采集器內(nèi)的樣品在X射線的激發(fā)下生成二次X射線，X射線檢測(cè)器對(duì)該二次X射線能量進(jìn)行檢測(cè)，包含有檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；

所述自控子系統(tǒng)用于將以流體形態(tài)存在的樣品從高溫高壓或者低溫低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變到常溫常壓狀態(tài)，并將所述以流體形態(tài)存在的樣品傳輸?shù)綐悠凡杉髦幸詡錂z測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析測(cè)試；所述自控子系統(tǒng)同時(shí)還將以流體形態(tài)存在的樣品的溫度和壓力參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，接收并執(zhí)行來(lái)自數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的指令；

所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)接收來(lái)自檢測(cè)子系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)，通過(guò)二次X射線的波長(zhǎng)來(lái)鑒別樣品的元素種類(lèi)，通過(guò)二次X射線的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算元素在所述樣品內(nèi)的含量；所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)還接收來(lái)自自控子系統(tǒng)的信號(hào)，根據(jù)該信號(hào)來(lái)控制自控子系統(tǒng)，使樣品滿足進(jìn)入到樣品采集器的條件，并預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

上述技術(shù)方案中，所述樣品采集器為一盒狀結(jié)構(gòu)，其包括盒體21、一個(gè)流體進(jìn)樣口22、一個(gè)流體出樣口23、一個(gè)樣品檢測(cè)窗口24、一個(gè)流體狀態(tài)檢測(cè)器接口25；所述流體進(jìn)樣口22位于盒體21的一側(cè)且位置較低處；所述流體出樣口23位于盒體21的另一側(cè)且位置較高處；所述樣品檢測(cè)窗口24位于所述盒體21的上表面；所述流體狀態(tài)檢測(cè)器接口25位于盒體21的一側(cè)。

上述技術(shù)方案中，所述樣品采集器在安裝時(shí)需保證樣品采集器內(nèi)的樣品、X射線源、X射線檢測(cè)器三者的角度和距離一致性。

上述技術(shù)方案中，所述自控子系統(tǒng)具體包括：反應(yīng)器或管線、泵、換熱裝置、溫度計(jì)、流量計(jì)、三通閥；

以流體形態(tài)存在的樣品從反應(yīng)器或管線流出后，依次經(jīng)流量控制泵、變壓器、換熱裝置、溫度計(jì)、流量計(jì)、三通閥傳輸?shù)綐悠凡杉?；以流體形態(tài)存在的樣品當(dāng)需要從樣品采集器內(nèi)流出時(shí)，其從樣品采集器流出后直接傳輸?shù)椒磻?yīng)器或管線。

上述技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進(jìn)一步包括：信號(hào)放大反饋電路、元素種類(lèi)鑒別模塊、元素含量計(jì)算模塊、控制模塊；其中，所述信號(hào)放大反饋電路對(duì)所接收到的信號(hào)加以放大；所述元素鑒別模塊依據(jù)檢測(cè)信號(hào)中所包含的二次X射線的波長(zhǎng)來(lái)鑒別樣品的元素種類(lèi)；元素含量計(jì)算模塊依據(jù)檢測(cè)信號(hào)中所包含的二次X射線的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算元素在所述試樣內(nèi)的含量；所述控制模塊根據(jù)從自控子系統(tǒng)所接收的樣品溫度信息和壓力信息對(duì)自控子系統(tǒng)中的換溫裝置和變壓器進(jìn)行控制，使流體樣品滿足進(jìn)入到樣品采集器的條件，還能夠預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)能夠?qū)α黧w形態(tài)存在的樣品實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)與分析，具有實(shí)時(shí)性高的優(yōu)點(diǎn)；

2、本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測(cè)過(guò)程中的參數(shù)對(duì)檢測(cè)、分析過(guò)程做自動(dòng)化控制，具有自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)；

3、本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)采用了樣品采集器，該樣品采集器能夠避免以流體形態(tài)存在的樣品對(duì)X射線檢測(cè)器和X射線源的污染，且有助于提高測(cè)量精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是樣品采集器一個(gè)側(cè)面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(b)是樣品采集器另一個(gè)側(cè)面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

為了便于理解，對(duì)本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定性分析與定量分析的依據(jù)進(jìn)行說(shuō)明。

定性分析依據(jù)：根據(jù)掃描測(cè)量的譜圖進(jìn)行譜峰的檢索并與標(biāo)準(zhǔn)譜的比對(duì)確定樣品的元素(或化合物)組成。主要依據(jù)莫塞萊定律：特征X射線譜的頻率的平方根與原子序數(shù)成正比，即：

式中，v表示頻率，Z表示原子序數(shù)，Q為常數(shù)，σ為屏蔽常數(shù)。

定量分析依據(jù)：通過(guò)將測(cè)得的特征X射線熒光光譜強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成濃度的過(guò)程。

C_i＝K_iI_iM_iS_i；

其中，C表示待測(cè)元素的濃度、下標(biāo)i表示待測(cè)元素、K表示儀器校正因子、I表示待測(cè)元素的X射線熒光純強(qiáng)度、M表示元素間吸收增強(qiáng)效應(yīng)校正、S表示樣品物理形態(tài)因素。

參考圖1，本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)包括：檢測(cè)子系統(tǒng)、自控子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

所述檢測(cè)子系統(tǒng)包括X射線源、X射線檢測(cè)器以及樣品采集器；X射線源所發(fā)出的X射線入射到樣品采集器內(nèi)，所述樣品采集器內(nèi)的樣品在X射線的激發(fā)下生成二次X射線，X射線檢測(cè)器對(duì)該二次X射線能量進(jìn)行檢測(cè)，包含有檢測(cè)結(jié)果的信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

圖2(a)和圖2(b)為樣品采集器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，樣品采集器用于避免以流體形態(tài)存在的樣品對(duì)X射線檢測(cè)器和X射線源的污染。所述樣品采集器為一盒狀結(jié)構(gòu)，其包括盒體21、一個(gè)流體進(jìn)樣口22、一個(gè)流體出樣口23、一個(gè)樣品檢測(cè)窗口24、一個(gè)流體狀態(tài)檢測(cè)器接口25；所述流體進(jìn)樣口22位于盒體21的一側(cè)且位置較低處；所述流體出樣口23位于盒體21的另一側(cè)且位置較高處；所述樣品檢測(cè)窗口24位于所述盒體21的上表面，其可用碳酸脂或者金剛石薄膜制成；所述流體狀態(tài)檢測(cè)器接口25位于盒體21的一側(cè)。所述盒體21本身可采用聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、石英中的任意一種實(shí)現(xiàn)。所述樣品采集器在安裝時(shí)應(yīng)保證樣品采集器內(nèi)的樣品、X射線源、X射線檢測(cè)器三者的角度和距離一致性，從而提高測(cè)量精度。

所述自控子系統(tǒng)用于將來(lái)自反應(yīng)器或者管線的以流體形態(tài)存在的樣品(也可簡(jiǎn)稱(chēng)流體樣品)從高溫高壓或者低溫低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變到常溫常壓狀態(tài)，并將所述以流體形態(tài)存在的樣品傳輸?shù)綐悠凡杉髦幸詡錂z測(cè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析測(cè)試；所述自控子系統(tǒng)同時(shí)還將以流體形態(tài)存在的樣品的溫度和壓力參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，能接收并執(zhí)行來(lái)自數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的指令。

如圖1所示，在一個(gè)實(shí)施例中，所述自控子系統(tǒng)具體包括：反應(yīng)器或管線(可以從反應(yīng)器直接獲得樣品，也可以從工廠的管線里面獲得樣品)、泵、換熱裝置、溫度計(jì)、流量計(jì)、三通閥；以流體形態(tài)存在的樣品從反應(yīng)器或管線流出后，依次經(jīng)流量控制泵、變壓器、換熱裝置、溫度計(jì)、流量計(jì)、三通閥傳輸?shù)綐悠凡杉?，從樣品采集器的流體進(jìn)樣口流入，其中的三通閥主要用于流量控制或者截止控制；以流體形態(tài)存在的樣品當(dāng)需要從樣品采集器內(nèi)流出時(shí)，其從流體出樣口流出后直接傳輸?shù)椒磻?yīng)器或管線。

所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)接收來(lái)自檢測(cè)子系統(tǒng)的檢測(cè)信號(hào)，根據(jù)前文所述的定性分析依據(jù)通過(guò)二次X射線的波長(zhǎng)來(lái)鑒別樣品的元素種類(lèi)，根據(jù)前文所述的定量分析依據(jù)通過(guò)二次X射線的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算元素在所述樣品內(nèi)的含量；所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)還接收來(lái)自自控子系統(tǒng)的信號(hào)(如流體樣品的溫度和壓力參數(shù))，根據(jù)樣品溫度和壓力特征來(lái)控制自控子系統(tǒng)中的換溫裝置和變壓器，使流體樣品滿足進(jìn)入到樣品采集器的條件，并預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

如1所示，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進(jìn)一步包括：信號(hào)放大反饋電路、元素種類(lèi)鑒別模塊、元素含量計(jì)算模塊、控制模塊；其中，所述信號(hào)放大反饋電路對(duì)所接收到的信號(hào)加以放大；所述元素鑒別模塊依據(jù)檢測(cè)信號(hào)中所包含的二次X射線的波長(zhǎng)來(lái)鑒別樣品的元素種類(lèi)；元素含量計(jì)算模塊依據(jù)檢測(cè)信號(hào)中所包含的二次X射線的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算元素在所述試樣內(nèi)的含量；控制模塊根據(jù)從自控子系統(tǒng)所接收的樣品溫度信息和壓力信息對(duì)自控子系統(tǒng)中的換溫裝置和變壓器進(jìn)行控制，使流體樣品滿足進(jìn)入到樣品采集器的條件，還能夠預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如圖3所示，首先開(kāi)啟流量控制泵，流體(溶液是流體的一種)通過(guò)傳輸線路進(jìn)入到樣品采集器內(nèi)，當(dāng)其充滿樣品采集器后，調(diào)節(jié)流量并開(kāi)始檢測(cè)過(guò)程，X射線檢測(cè)器探測(cè)來(lái)此樣品的特征X射線波長(zhǎng)及其強(qiáng)度，然后將特征X射線波長(zhǎng)及其強(qiáng)度傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)根據(jù)樣品的特征X射線波長(zhǎng)及其強(qiáng)度確定樣品中所含元素的種類(lèi)與含量；當(dāng)檢測(cè)完畢后，用清潔劑或清水清潔內(nèi)部管道，之后流量控制泵排水，檢測(cè)過(guò)程結(jié)束。

最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。