[发明专利]小聚光点x射线荧光（XRF）分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及手持x射线荧光分析仪，尤其涉及用x射线在样本上照亮 小聚光点的这样的分析仪。

有关申请

本申请要求Piorek等人2007年2月12日提交的申请号为60/889,465、 标题为小聚光点x射线荧光(XRF)分析仪(Small Spot X-Ray Fluorescence (XRF)Analyzer)的美国临时专利申请的权益，通过参引将其内容包含在 此。

背景技术

分析样本的化学组分在许多情况下很重要，包括在金属循环利用设施 中识别和分离金属类型、在工厂中质量控制测试以及法医工作。一种通用 的分析方法采用x射线荧光(XRF)。当暴露于从光源发出的高能量主x 射线时，在样本中出现的每个原子元素产生唯一的一套特征荧光x射线， 所述特征荧光x射线实质上是该特定元素的指纹。x射线荧光分析仪确定 通过用x射线在样本上照亮聚光点并测量由该样本中不同元素发出的特征 x射线的光谱而确定该样本的化学特性。x射线的主光源可以是x射线管 或放射性材料，比如放射性同位素。

在这里使用的x射线这个术语，包括大约1keV和大约150keV之间的 光子能量，并因此将会包括：由被激发的原子在去激发时发出的特征x射 线；当电子被原子散射时发出轫致辐射x射线；一般分别称为瑞利和康普 顿散射辐射的弹性和非弹性散射的光子；以及当被激发的核子去激发时所 发出的在这一能量范围内的γ射线。

当暴露于从光源发出的高能主x射线时，在样本中出现的每个原子元 素产生唯一的一套特征荧光x射线，必须是该特定元素的指纹。x射线荧 光分析仪确定通过用x射线在样本上照亮聚光点并测量由该样本中各种元 素发出的特征x射线的光谱而确定该样本的化学特性。x射线的主光源可 能是x射线管或放射性材料，比如放射性同位素。

在原子级，特征荧光x射线在下述情况下生成：当足够能量的光子撞 击样本中的原子并将电子从原子的轨道壳层逐出时。该原子然后接近瞬时 地重获稳定，用从原子的更高能级(外)轨道壳层之一发出的电子来填充 内轨道壳层中留下的空白。多余的能量可以荧光x射线的形式释放，该荧 光x射线的能量表征为该原子两种量子态之差。

通过感生并测量由样本中不同元素发出的较宽范围的不同特征的荧 光x射线，XRF分析仪能够确定样本中出现的元素，还能基于在特定能量 处出现的荧光x射线是数量来计算它们的相对浓度。当测试有已知范围的 化学组分的样本比如普通等级的金属合金时，XRF分析仪还可以通过名 称、通过参照已编程的已知材料的表或库来识别该样本。

重要的是指出，除了在特定情形下，通常不能用便携式XRF分析仪直 接测量低浓度的光元素(低光子或Z数字的元素)，因为能量低于大约2.5 千电子伏特(keV)的荧光x射线在空中较短路径长度内吸收。因为这个 原因，光元素XRF分析需要氦气吹扫或者相关x射线所通过的容积的空白。

该样本上X射线聚光点的大小决定样本有多少被分析。在某些情况下， 想要有小的x射线聚光点。例如，分析(比如在循环利用设施中)印刷电 路板上小型元件和焊接点的用户会受益于使用产生非常小的聚光点的手 持XRF分析仪，所以会分析感兴趣的元件或焊接点而不分析发荧光的x 射线照明的周围元件，并因此而将该测试项的化学组分与周围材料的化学 组分混淆。在另一个例子中，分析一系列小间隔部分构成的样本会使用户 能够测定该样本的均匀性。

发明内容

该发明的一个实施例提供一种用于分析样本组分的手持的、独立的测 试仪器。该测试仪器包括光源，用于产生在该样本至少一部分上照亮聚光 点的贯穿辐射束，从而产生来自该样本的响应信号。该光源包括x射线光 源，比如x射线管。在其他情况下，该光源可以包括放射性同位素或另一 种γ射线源。该分析仪包括用于该光束的准直仪。该准直仪具有以横向尺 寸为特征的远端出口孔。该横向尺寸可以小于大约8mm、大约3mm、大 约1mm或大约0.3mm。该远端出口布置在离该样本的距离不大于该横向 尺寸的大约两倍处。该远端出口孔可以基本平行于要分析的样本的表面。 该测试仪器包括用于接收该响应信号并用于产生输出信号的检测器。该测 试仪器还包括耦合到该检测器上而且被编程为处理来自检测器的输出信 号的处理器，以及给光源和处理器提供电力的电池。