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原文传递执行x射线光谱分析的方法和x射线吸收光谱仪系统

专利名称：	执行x射线光谱分析的方法和x射线吸收光谱仪系统
摘要：	用于执行x射线吸收光谱分析的方法和x射线吸收光谱仪系统，该x射线吸收光谱仪系统与紧凑的实验室x射线源一起使用，从而以高空间分辨率和高光谱分辨率测量对象中感兴趣元素的x射线吸收。光谱仪系统包括：紧凑的高亮度实验室x射线源；使x射线聚焦通过要检查的对象的光学组件；以及包括单晶分析仪(在某些实施例中还包括镶嵌晶体)的光谱仪，用于将透射射束分散到空间分辨x射线检测器上。高亮度/高通量x射线源可以具有在0到105mrad之间的出射角，并且耦接到光学组件，该光学组件收集高通量x射线并使其聚焦到小于500微米的点上，从而得到高通量密度。光学组件的涂层还可以充当“低通”过滤器，从而允许一次观察到预定带宽的x射线，同时排除高次谐波。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	斯格瑞公司
发明人：	云文兵;西尔维娅·贾·云·路易斯;雅诺什·科瑞;斯里瓦特桑·塞沙德里;艾伦·弗朗西斯·里昂;本杰明·唐纳德·斯特普
专利状态：	有效
申请日期：	2018-03-21T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201880031536.6
公开号：	CN110621986A
代理机构：	北京东方亿思知识产权代理有限责任公司
代理人：	林强
分类号：	G01N23/085(2006.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	美国加利福尼亚州
主权项：	1.一种用于执行x射线吸收光谱分析的方法，包括：使用x射线束照射预定样品，所述x射线束具有大于0.1％的能量带宽并且包括与要检查的对象内的感兴趣元素的吸收边缘相对应的能量；在所述吸收边缘附近且包括所述吸收边缘的能量带宽上使用单晶光谱仪以优于3eV的能量分辨率获取x射线吸收光谱，所述x射线吸收光谱包含x射线吸收近边缘结构(XANES)光谱的至少一部分；以比使用所述单晶光谱仪获取的能量分辨率更粗的能量分辨率并且在比由所述单晶光谱仪获取的x射线能量带宽更宽且包括所述吸收边缘的能量带宽上使用镶嵌晶体光谱仪获取x射线吸收光谱，使得使用所述镶嵌晶体光谱仪获取的吸收光谱包含至少扩展的x射线吸收精细结构(EXAFS)数据；以及处理从所述单晶光谱仪和所述镶嵌晶体光谱仪获取的光谱以产生x射线吸收光谱，其中，利用前一光谱细化与前一光谱相对应的能量带宽内的后一光谱。 2.根据权利要求1所述的方法，还包括使用至少一个毛细管反射性x射线聚焦光学器件将所述x射线束聚焦在预定对象上，其中，经聚焦的x射线束具有包括所述吸收边缘的能量带宽，并且包含能量比所述吸收边缘高100eV的x射线。 3.根据权利要求1所述的方法，使用具有至少在分散平面中弯曲的单晶分析仪的单晶光谱仪。 4.根据权利要求3所述的方法，使用具有弯曲单晶的所述单晶光谱仪以利用空间分辨检测器来收集罗兰圆外几何形状中的高分辨率x射线光谱。 5.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述对象内选择感兴趣的元素；以及识别所述元素的吸收边缘x射线能量，以用于执行x射线吸收光谱分析测量。 6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用单晶光谱仪以优于3eV的能量分辨率获取x射线吸收光谱包括：以优于3eV的能量分辨率获取x射线吸收光谱；使用包括在罗兰圆外几何形状中配置的弯曲单晶的单晶光谱仪，使得x射线根据布拉格方程被分散在分散平面中；以及使用空间分辨x射线检测器记录分散的x射线。 7.根据权利要求1所述的方法，使用镶嵌晶体光谱仪以比使用所述单晶光谱仪获取的能量分辨率粗的能量分辨率获取x射线吸收光谱，所述镶嵌晶体光谱仪包括至少在所述分散的矢状方向上弯曲的镶嵌晶体分析仪和空间分辨x射线检测器，并且收集由所述晶体分析仪分散并由Von Hamos几何形状的空间分辨检测器记录的x射线光谱。 8.一种用于执行x射线吸收光谱分析的系统，包括：微焦点x射线源；用于要检查的对象的安装座；至少一个聚焦x射线光学器件，所述至少一个聚焦x射线光学器件从所述微聚焦x射线源收集x射线，所述x射线的能量带宽大于与所述对象中元素的吸收边缘相对应的x射线能量的0.1％且包括与所述对象中的感兴趣元素的吸收边缘相对应的x射线能量，并且所述至少一个聚焦x射线光学器件使收集的x射线的一部分聚焦到焦点尺寸小于500微米的焦点上，具有能量分辨率的至少一个单晶光谱仪包括：至少在分散方向上弯曲的至少一个单晶分析仪，至少一个空间分辨x射线检测器；并且其中，所述焦点、所述单晶分析仪和所述空间分辨x射线检测器可以被置于罗兰圆外几何形状，并且以优于3eV的能量分辨率记录随x射线的能量而变化的、穿过所述对象传输的x射线吸收光谱。 9.根据权利要求8所述的系统，其中，至少一个聚焦x射线光学器件是毛细管x射线光学器件，所述毛细管x射线光学器件具有的内部反射表面轮廓的至少一部分被成形为二次曲面的一部分的形式。 10.根据权利要求8所述的系统，其中，至少一个聚焦x射线光学器件的反射表面包括多层涂层。 11.根据权利要求8所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述微焦点x射线源是基于电子轰击的x射线源，并且包括多于一种的x射线靶材，并且还包括用于改变所述x射线靶与电子束的相对位置的机构。 12.一种用于执行x射线吸收光谱分析的系统，包括：微焦点x射线源；用于要检查的对象的安装座；至少一个聚焦x射线光学器件，所述至少一个聚焦x射线光学器件使所收集的x射线的一部分聚焦到焦点尺寸小于500微米的焦点上，至少一个空间分辨x射线检测器，至少在分散方向上弯曲的至少一个单晶分析仪，至少在矢状方向上弯曲的至少一个镶嵌晶体，至少一个空间分辨检测器，用于将所述焦点、弯曲的单晶分析仪和x射线检测器定位在罗兰圆外几何形状中以进行并行检测的装置，用于将所述焦点、弯曲的镶嵌晶体分析仪和空间分辨x射线检测器定位在Von Hamos几何形状中的装置，处理系统，所述处理系统使利用所述单晶分析仪获得的x射线吸收光谱归一化并且使其与利用所述镶嵌晶体分析仪获得的x射线吸收光谱对准以产生新的x射线吸收光谱，在所述新的x射线吸收光谱中，利用前一光谱细化与前一光谱相对应的能量带宽内的后一光谱。 13.根据权利要求12所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述焦点、弯曲的单晶分析仪和x射线检测器的所述罗兰圆外几何形状圆形定位使得随x射线能量变化而收集的x射线吸收光谱同时在10eV至100eV的能量带宽上具有优于3eV的能量分辨率。 14.根据权利要求12所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述焦点、镶嵌晶体分析仪和空间分辨x射线检测器的von Hamos几何形状定位使得随x射线能量变化而收集的x射线吸收光谱同时在100eV的能量带宽上具有比3eV更粗的能量分辨率。 15.权利要求12所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述至少一个光学器件收集来自所述微焦点x射线源的x射线，所述x射线具有的能量带宽大于与预定的感兴趣元素的吸收边缘对应的x射线能量的0.1％并且包括与感兴趣元素的所述吸收边缘对应的x射线能量。 16.根据权利要求15所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述一个聚焦x射线光学器件是毛细管x射线光学器件，所述毛细管x射线光学器件具有的内部反射表面轮廓的至少一部分被成形为二次曲面的一部分的形式。 17.根据权利要求16所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述内部反射表面涂有原子数大于26的材料，并且对于所述表面的一部分是轴向对称的。 18.根据权利要求15所述的x射线吸收光谱分析系统，还包括位于所述聚焦x射线光学器件的焦点处或附近的孔径部件。 19.根据权利要求12所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，所述微焦点x射线源是电子轰击源，并且包括多于一种的x射线靶材，并且还包括用于改变所述x射线靶与电子束的相对位置的机构。 20.根据权利要求12所述的x射线吸收光谱分析系统，其中，用于将所述焦点、单晶分析仪和空间分辨x射线检测器定位在罗兰圆外几何形状中的装置还包括用于改变所述焦点和所述单晶分析仪之间的距离以选择要测量的光谱的能量带宽的装置。
所属类别：	发明专利