[发明专利]具有改进的反射几何结构的能量分散X射线衍射分析仪

说明书

公开了一种用于工艺流或样品中的材料的矿物学分析的在线能量分散X射线衍射(EDXRD)分析仪。该分析仪包括：准直X射线源，用于产生多色X射线的发散束；以及能量分辨X射线检测器；以及基本上X射线透明构件，其具有回转体的形式，该回转体绕该准直X射线源与该能量分辨X射线检测器之间的中心轴圆形对称，X射线透明构件的外表面邻近待分析的材料定位。初级束准直器邻近基本上X射线透明构件设置或设置在基本上X射线透明构件内，以基本上防止从源发射的多色X射线直接透射到检测器。该分析仪被配置为使得多色X射线的发散束被导向该基本上X射线透明构件，并且其中该能量分辨X射线检测器收集由该材料衍射的该X射线束的一部分并且输出包含所收集的衍射X射线的能量信息的信号。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月19日提交的澳大利亚专利申请第2018903962号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及一种在线能量分散X射线衍射(EDXRD)分析仪。该分析仪特别针对矿物浆料和干粉样品的矿物学分析。本发明应用于矿物加工、采矿、勘探矿物学在线分析领域。

背景技术

Bragg定律指出，如果X射线能量E和衍射角θ满足以下关系，则晶体中的规则原子阵列可以衍射X射线：

其中h是普朗克常数，c是光速，d是晶体中原子平面之间的间距。如果以千电子伏特(keV)为单位测量X射线能量且以埃为单位测量晶体间距，则可重写等式1以根据X射线能量和衍射角表达晶体d间距：

能量分散X射线衍射分析仪可通过测量不同能量的X射线在给定角度衍射的速率来提供关于材料组成的信息。从方程(2)可以看出，分析仪的分辨率或者区分从具有相似晶面或所谓的d间距值的不同晶体发生的衍射的能力直接取决于可以用来确定X射线能量和衍射角的分辨率。

为了保持用于测量d间距的良好分辨率，有效的EDXRD分析仪设计必须确保仅通过窄范围的角度衍射的X射线被检测器接受，并且检测器能够以良好的分辨率测量X射线能量。

常规EDXRD分析仪使用以下配置之一实现该设计：(i)使用平行“铅笔”或“带”X射线束的反射几何结构，(ii)使用平行“铅笔”或“带”X射线束的透射几何结构，(iii)使用锥形X射线束的透射几何结构或(iv)使用铅笔、带和锥形束的组合的透射几何结构。

图1示出了传统的EDXRD透射分析仪，其具有(i)型带束几何结构。

来自假定为垂直于页面平面定向的线源的X射线管的焦点的X射线穿过狭缝形初级束准直器以形成大致平行的束。该束穿过样品，其中入射X射线的一部分被衍射。衍射的X射线的一部分在检测器准直器中的狭缝形孔径的方向上出现，并由检测器计数。初级束和检测器准直器中的孔径必须具有有限的宽度以接受由源发射并由样品衍射的一些部分X射线，这导致入射和衍射束的发散。为了清楚起见，在图1中非常夸大地示出了这种发散。

入射和衍射束的发散意味着分析器通过角度范围Δθ＝|θ₁-θ₂|，而不是通过理想的单个角度θ来测量衍射。Δθ的尺寸直接由初级束和检测器准直器狭缝的开口宽度和X射线焦点的尺寸确定。特别地，准直器开口宽度与Δθ之间存在近似线性关系。这种角展度具有加宽所测量的样品的轮廓中的衍射峰并且降低仪器分辨率的作用。同时，分析仪的X射线通量也随着准直器开口宽度近似线性地增加。

现代的半导体检测器能够在10-50keV的能量范围内以优于1-2％的分辨率ΔE/E测量单个X射线。因此，在实践中，准直器开口的宽度是确定分析仪的d间距、分辨率的主要因素。