[发明专利]用于x射线分析系统的使样本流受到支持并且与窗口隔开的样本模块

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2010年2月9日提交的美国临时专利申请No.61/302784的权益，在此通过引用将其全文并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及用于样本流的x射线分析的设备和方法。更具体而言，本发明涉及一种用于将受到支持的样本流提供到x射线分析聚焦区域的样本处理设备。

背景技术

在诸如医疗、制药和石油等很多行业内，对样本的x射线分析都是一个越来越引起人们兴趣的领域。x射线荧光、x射线衍射、x射线光谱、x射线成像以及其他x射线分析技术的使用几乎在所有的科学领域都带来了深远的知识增长。

转让给作为本发明的受让人X-Ray Optical Systems,Inc.的美国专利No.6934359和No.7072439公开了用于液体样本的分析的单色波长色散x射线荧光（MWD XRF）技术和系统，通过引用将所述文献全文并入本文。此外，共同转让的题为“Movable Transparent Barrier for X-Ray Analysis of a Pressurized Sample”的美国专利No.7277527（也通过引用将其全文并入）解决了移动的样本流中固有的特殊问题，下文将对其做进一步的讨论。

x射线荧光（XRF）是一种使物质暴露于x射线束下，以确定（例如）某些成分的存在的分析技术。在XRF中，暴露于x射线下的物质至少有一些化学组分能够吸收x射线光子，并生成特征次生荧光。这些次生x射线表征所述物质内的所述化学组分。依据适当的检测和分析，能够采用这些次生x射线表征一个或多个化学组分。XRF技术在很多化学和材料科学领域具有广泛的应用，这些领域包括工业、医疗、半导体芯片评估、石油、法医等。

作为一个具体的例子，这些专利公开了用于确定石油燃料中的含硫水平的技术，目前，商业化分析器（SINDIE）在石油炼制设施、管道设施和中转油库设施中广泛应用这一测量。

可以将XRF技术用于这一应用（如上文以及贯穿上面结合的专利讨论的）。基本的技术涉及采用x射线激发燃料样本，并检查所发射的荧光。每一元素发射出特有的谱特征。之后，检测器测量所发射的x射线的波长，软件能够将所测得的这一谱解析成所述样本中的硫的重量组成（weighted composition）。

XRF流体测试能够离线进行，即采用台式实验室型仪器来分析样本。从材料源（例如，对于燃料而言，从炼油厂或运输管道）去除所述材料，之后将其简单地沉积到样本室内；或者将其沉积到带有窗口的样本池内，之后将所述样本池沉积到室内。离线的台式仪器不必满足任何非常规的操作/压力/环境/尺寸/重量/空间/安全限制，其只须为人工放置的样本提供必要的测量精度。此外，能够在测量之间容易地维护离线仪器。

与离线分析形成对照的是，在线分析在制造过程中的各个点上提供对样本成分的“实时”监测。例如，所有的燃料产品都要遵从含硫量符合性要求，其需要燃料炼制和管道运输过程中的在线监测的某种变型。但是，炼油厂和管道中的燃料在线分析需要考虑很多一般在离线实验室设置中不存在的操作问题。完全自动化的燃料样本处理系统只需要很少的或者不需要人工干预或维护。而且，由于流体在管道内通常受到压力作用，因而任何样本处理系统都必须考虑压力差。由于XRF x射线“引擎”（下文将对其做进一步讨论）的某些部分在真空中工作，因而这一点尤为重要。而且，所述仪器的电子装置需要封装在防爆外壳内，从而与所述样本处理系统分离。

因此，在这一应用中，最为关键的部件之一就是样本屏障（barrier），其允许x射线的光子激励流体中的硫原子，并允许在所述引擎的检测器中计量所述原子发射的光子，与此同时保持x射线引擎内的真空和流体的压力。x射线激励引起硫（或其他硬元素）的离子化，并使其随着时间的推移吸附到这一界面上以及某些类型的屏障材料上-导致不希望出现的硫残留，以及所述屏障的x射线透明度的劣化。更一般而言，很多XRF应用都需要屏障来保护引擎使其免受来自样本材料和/或测量环境的任何数量的不利界面效应的影响。