一種高靈敏度單色激發(fā)多元素x射線熒光光譜儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及X光檢測技術領域，尤其涉及一種高靈敏度單色激發(fā)多元素X射線熒光光譜儀。
【背景技術】
[0002]X射線熒光能譜儀是一類X射線熒光光譜分析儀器，可以對樣品中的元素成分進行無損快速的定性定量分析。通常采用X射線發(fā)生器(X光管+高壓電源)產(chǎn)生原級X射線。原級X射線中含有靶材元素的特征X射線和連續(xù)的韌致輻射。圖1是靶材為Mo，高壓為50KV的X射線發(fā)生器出射的原級X射線的譜圖，可以看到連續(xù)的韌致輻射譜和分立的靶材特征X射線譜。
[0003]原級X射線通常需要經(jīng)過一定的處理，才用于激發(fā)樣品，得到樣品中各種元素的熒光X射線。原因在于，X射線入射到樣品，會發(fā)生三種主要的吸收效應，分別稱為光電吸收、彈性散射吸收(也稱作不變質(zhì)散射或瑞利散射)和非彈性散射吸收(也稱為變質(zhì)散射或康普頓散射)。
[0004](I)光電吸收效應產(chǎn)生熒光X射線，即當入射X射線的能量大于原子的內(nèi)層電子的結合能時，可將內(nèi)層電子電離，產(chǎn)生空穴，在極短的時間內(nèi)外層電子躍迀到內(nèi)層軌道填補空穴，電子的軌道能級的能量差以X射線光子的形式輻射出來，產(chǎn)生熒光X射線。反映了樣品中元素的存在和濃度，X射線熒光光譜對樣品中元素的定性定量分析正是基于元素對入射X射線的光電吸收效應。
[0005](2)彈性散射吸收效應(瑞利散射)，即入射X射線與樣品中的原子核或緊束縛電子發(fā)生彈性碰撞作用，能量損失很微小，即入射X射線不改變能量(或波長)，只改變方向。
[0006](3)非彈性散射吸收效應(康普頓散射)，即入射X射線與樣品中的自由電子發(fā)生彈性碰撞作用，有顯著的能量損失，即入射X射線將部分能量傳遞給自由電子，能量減小，并且改變方向。
[0007]對于元素周期表上的輕元素散射效應(瑞利散射和康普頓散射)相對于光電吸收更顯著，而隨著原子序數(shù)增大，散射效應減弱，而光電效應增強。
[0008]入射樣品的X射線能量必須高于待測元素的譜線對應的內(nèi)層電子的結合能，才能將內(nèi)層電子電離，因而激發(fā)出特征熒光X射線，即存在激發(fā)限，低于激發(fā)限的入射X射線不能激發(fā)出特征X射線。而在高于激發(fā)限的前提下，入射X射線的能量越接近激發(fā)限，激發(fā)熒光X射線的效率越高。
[0009]由于散射效應的存在，從樣品出射的X射線，不僅含有樣品中所含的元素的熒光X射線，同時還有瑞利散射和康普頓散射。熒光X射線的能量是分立的、特征的，而瑞利散射是與入射X射線能量相同的，康普頓散射是入射X射線的能量減去反沖電子的能量。如果入射X射線含有連續(xù)譜，那么出射的散射X射線也是連續(xù)譜。圖2是典型的樣品出射譜?？梢钥吹綐悠分兴氐奶卣鳠晒釾射線，以及靶材特征譜的瑞利散射和康普頓散射(分立譜)和入射的連續(xù)韌致輻射譜的連續(xù)散射線。
[0010]由于元素的特征X射線被較高的連續(xù)散射背景干擾，使得特征譜線的峰/背比很差，那么低含量或微量元素的定量分析就很困難。因此實用的X射線熒光分析儀，總要采用各種方法降低待分析元素(尤其微量元素)的特征X射線的連續(xù)散射背景，以降低微量元素的檢出限，通常采用的方法有濾光片和二次靶的方法。
[0011](I)濾光片法是使用恰當?shù)牟牧虾秃线m厚度的金屬片做成濾光片對原級X射線進行濾光處理，利用的是材料對X射線的質(zhì)量吸收特性，X光管發(fā)射的原級X射線經(jīng)過濾光片以后，X射線的能量分布發(fā)生變化。圖3是原級X射線經(jīng)過某種濾光片以后的能譜圖。
[0012]可見通過濾光片處理后，在SKeV到15KeV能量范圍內(nèi)的連續(xù)譜已經(jīng)被過濾的比較干凈。這樣入射樣品后，樣品出射的X射線，在此能量范圍內(nèi)的連續(xù)散射背景將變得比較低。
[0013]圖4是相對應的樣品出射譜，可見到Cu、Zn、As、Br、Pb等元素的特征X射線的連續(xù)背景干擾基本被去除，峰/背比得以顯著改善，降低了這些元素的檢出限。同時也可以看至IJ，Cd和Sn特征X射線由于有較高的連續(xù)散射背景峰/背比較差。
[0014](2) 二次靶的方法，是用X光管出射的原級X射線照射到特定的金屬靶上，即二次靶。從二次靶出射的X射線中，靶材的特征X射線通常較強，而散射線通常弱得多。圖5是圖1所示的原級X射線經(jīng)過某種二次靶后得到的二次靶出射能譜，可見到很強的二次靶材的特征X射線以及較弱的連續(xù)散射線。用二次靶的出射譜激發(fā)樣品，同樣可以得到Cu、Zn、As、Pb、Br等元素峰/背比很好的特征熒光X射線譜(見圖6)。而由于入射到樣品的主要的X射線的能量低于Cd、Sn等元素的激發(fā)限，因此沒有激發(fā)這些元素。
[0015]公開號為CN104264228A的專利文件公開了采用一個雙曲面彎晶對X光管出射譜聚焦后得到一種單能量的X射線入射樣品，然后用一雙曲面彎晶將待檢測元素的熒光單色化并檢測，其特點是連續(xù)散射背景極低，檢出限很低，缺點是只能進行單元素檢測。因此，如何能更好地進行多元素甚至是全元素(鈉以上)檢測分析，成為了本領域目前致力于解決的技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明實施例提供了一種高靈敏度單色激發(fā)多元素X射線熒光光譜儀，以解決目前單色化X射線只能進行單元素檢測的缺陷，實現(xiàn)全元素(鈉以上)的高精度分析。
[0017]為了解決上述問題，本發(fā)明實施例公開了一種高靈敏度單色激發(fā)多元素X射線熒光光譜儀，包括X射線發(fā)生器、探測器和2個或2個以上等焦距設置的雙曲面彎晶，所述X射線發(fā)生器發(fā)射的X光經(jīng)2個或2個以上雙曲面彎晶晶體聚焦后得到2個或2個以上不同能量的單色X射線，所述2個或2個以上不同能量的X射線入射于待測樣品。
[0018]可選的，所述的雙曲面彎晶的羅蘭圓半徑為50-200mm。
[0019]可選的，所述雙曲面彎晶為全聚焦型雙曲面彎晶。
[0020]可選的，所述雙曲面彎晶可切換。
[0021 ] 可選的，所述雙曲面彎晶可采用平移切換或旋轉切換。
[0022]可選的，所述探測器為SDD探測器。
[0023]由于不同的元素的激發(fā)限相差很大，為了盡可能高效地激發(fā)，需要不同能量的入射X射線。本發(fā)明采用2個或2個以上Johannson型全聚焦型雙曲面彎晶等焦距設計，將入射焦點和出射焦點的連線作為軸，幾個雙曲面彎晶只要同軸，又是等焦距的，X光管原級譜的2個或2個以上不同的能量分別單色化后必將聚焦到樣品的同一個點上，以高效地激發(fā)樣品中不同的元素。例如將Mo靶X光管的靶材特征X射線Mo:Ka線單色化，用以激發(fā)K、Ca、Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn，Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y 等元素的 K 線系以及鑭系稀土元素及其后所有元素的L線系，共幾十種元素可以得到高靈敏度檢測(圖7)。取原級譜中低能連續(xù)譜的一部分單色化，用以檢測Na、Mg、Al、S1、P、S、Cl、K、Ca等元素的K線系(圖8)，取原級譜中高能連續(xù)譜的一部分單色化，用以檢測Zr、Nb、Mo、Ru、