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原文传递 X射线光谱仪及使用方法

专利名称：	X射线光谱仪及使用方法
摘要：	一种光谱仪包括：晶体分析仪，所述晶体分析仪具有限定罗兰圆的曲率半径；样品台，所述样品台配置成支撑样品使得所述样品从所述罗兰圆偏移；x射线源，所述x射线源配置成朝向所述样品台发射不聚焦的x射线；以及位置灵敏检测器，所述位置灵敏检测器与所述罗兰圆相切。一种借助光谱仪执行的方法包括：借助x射线源朝向安装在样品台上的样品发射不聚焦的x射线，使得所述样品从所述罗兰圆偏移，从而导致所述样品发射撞击所述晶体分析仪的x射线或透射所述不聚焦的x射线的一部分以撞击所述晶体分析仪；借助所述晶体分析仪使撞击所述晶体分析仪的x射线散射；以及借助与所述罗兰圆相切的位置灵敏检测器来检测被散射的x射线。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	华盛顿大学
发明人：	G·T·塞德勒;O·霍登;W·霍尔顿
专利状态：	有效
申请日期：	2017-09-15T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-03T00:00:00+0800
申请号：	CN201780056389.3
公开号：	CN109716115A
代理机构：	北京市中伦律师事务所
代理人：	杨黎峰;钟锦舜
分类号：	G01N23/223(2006.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	美国华盛顿
主权项：	1.一种光谱仪，包括：晶体分析仪，所述晶体分析仪具有限定罗兰圆的曲率半径；样品台，所述样品台配置成支撑样品使得所述样品从所述罗兰圆偏移； x射线源，所述x射线源配置成朝向所述样品台发射不聚焦的x射线；以及位置灵敏检测器，所述位置灵敏检测器与所述罗兰圆相切。 2.如权利要求1所述的光谱仪，其中，所述曲率半径不超过30厘米(cm)、不超过20cm、或不超过10cm。 3.如权利要求1至2中任一项所述的光谱仪，其中，所述晶体分析仪具有两个曲率半径。 4.如权利要求1至3中任一项所述的光谱仪，其中，所述晶体分析仪具有约翰几何结构或约翰逊几何结构。 5.如权利要求1至4中任一项所述的光谱仪，其中，所述晶体分析仪具有球面曲率、环形曲率、或圆柱形曲率。 6.如权利要求1至5中任一项所述的光谱仪，其中，在所述罗兰圆的平面上的所述曲率半径为所述罗兰圆的半径的两倍大。 7.如权利要求1至6中任一项所述的光谱仪，其中，没有障碍的光学路径存在于整个所述样品台与所述晶体分析仪的具有所述曲率半径的面之间。 8.如权利要求1至7中任一项所述的光谱仪，其中，所述样品台配置成支撑所述样品使得所述样品在所述罗兰圆的内部。 9.如权利要求1至7中任一项所述的光谱仪，其中，所述样品台配置成支撑所述样品使得所述样品在所述罗兰圆的外部。 10.如权利要求1至9中任一项所述的光谱仪，其中，所述样品台包括样品塔台，所述样品塔台配置成将安装在所述样品塔台上的两个或更多个样品中的所选样品放置成与所述x射线源对齐。 11.如权利要求1至10中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源配置成发射x射线，当样品存在时，所述x射线在所述样品上具有宽度至少为0.1mm的光斑尺寸。 12.如权利要求1至11中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源配置成发射具有宽带能谱的x射线。 13.如权利要求1至12中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源包括x射线管。 14.如权利要求1至13中任一项所述的光谱仪，其中，所述位置灵敏检测器包括电荷耦合器件、CMOS相机、带状线检测器、二极管阵列、磷屏幕、光谱相机、或位置灵敏正比计数器。 15.如权利要求1至14中任一项所述的光谱仪，其中，所述晶体分析仪配置成使来自不同方向的具有第一波长的x射线散射到所述位置灵敏检测器上的第一位置。 16.如权利要求15所述的光谱仪，其中，所述晶体分析仪配置成使来自不同方向的具有第二波长的额外x射线散射到所述位置灵敏检测器上的第二位置，其中，所述第二波长不同于所述第一波长且所述位置灵敏检测器上的所述第一位置不同于所述位置灵敏检测器上的所述第二位置。 17.如权利要求1至16中任一项所述的光谱仪，还包括真空室，其中，所述样品台、所述晶体分析仪、和所述x射线源的至少一部分位于所述真空室内。 18.如权利要求17所述的光谱仪，其中，所述x射线源穿透所述真空室的壁。 19.如权利要求17至18中任一项所述的光谱仪，还包括所述真空室的壁内的出射窗，其中，所述出射窗对x射线基本透明且在所述晶体分析仪与所述位置灵敏检测器之间。 20.如权利要求17至18中任一项所述的光谱仪，其中，所述位置灵敏检测器在所述真空室内部。 21.如权利要求1至20中任一项所述的光谱仪，其中，所述光谱仪被集成到手套箱或通风柜中、或者配置成在其内部操作。 22.如权利要求1至21中任一项所述的光谱仪，其中，所述光谱仪可操作以在具有小到1电子伏(eV)的能量差的x射线之间区分。 23.如权利要求1至22中任一项所述的光谱仪，其中，所述晶体分析仪和所述位置灵敏检测器配置成相对于所述样品台完全一致地旋转。 24.如权利要求1至23中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源配置成朝向所述样品台发射所述不聚焦的x射线，从而当所述样品存在时，所述不聚焦的x射线入射在所述样品面向所述晶体分析仪的表面上。 25.如权利要求1至23中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源配置成朝向所述样品台发射所述不聚焦的x射线，从而当所述样品存在时，所述不聚焦的x射线入射在所述样品背向所述晶体分析仪的表面上。 26.如权利要求25所述的光谱仪，其中，所述样品台位于所述x射线源和所述晶体分析仪之间。 27.如权利要求1至26中任一项所述的光谱仪，其中，所述光谱仪被配置使得针对源于所述样品台的任一波长的x射线，存在所述晶体分析仪的对应于该波长的专属区域，在所述专属区域处，所述x射线能够既满足所述晶体分析仪的布拉格条件、又被所述晶体分析仪重定向到所述位置灵敏检测器。 28.如权利要求1至27中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源在所述罗兰圆的内部。 29.如权利要求1至27中任一项所述的光谱仪，其中，所述x射线源在所述罗兰圆的外部。 30.一种借助具有晶体分析仪的光谱仪执行的方法，所述晶体分析仪具有限定罗兰圆的曲率半径，所述方法包括：借助x射线源朝向安装在样品台上的样品发射不聚焦的x射线，使得所述样品从所述罗兰圆偏移，从而导致所述样品发射撞击所述晶体分析仪的x射线或透射所述不聚焦的x射线的一部分以撞击所述晶体分析仪；借助所述晶体分析仪使撞击所述晶体分析仪的x射线散射；以及借助与所述罗兰圆相切的位置灵敏检测器检测被散射的x射线。 31.如权利要求30所述的方法，其中，所述曲率半径不超过30厘米(cm)、不超过20cm、或不超过10cm。 32.如权利要求30至31中任一项所述的方法，其中，所述晶体分析仪具有两个曲率半径。 33.如权利要求30至32中任一项所述的方法，其中，所述晶体分析仪具有约翰几何结构或约翰逊几何结构。 34.如权利要求30至33中任一项所述的方法，其中，所述晶体分析仪具有球面曲率、环形曲率、或圆柱形曲率。 35.如权利要求30至34中任一项所述的方法，其中，在所述罗兰圆的平面上的所述曲率半径为所述罗兰圆的半径的两倍大。 36.如权利要求30至35中任一项所述的方法，其中，没有障碍的光学路径存在于整个所述样品与所述晶体分析仪的具有所述曲率半径的面之间。 37.如权利要求30至36中任一项所述的方法，其中，所述x射线源在所述罗兰圆的内部。 38.如权利要求30至36中任一项所述的方法，其中，所述x射线源在所述罗兰圆的外部。 39.如权利要求30至38中任一项所述的方法，其中，发射所述不聚焦的x射线包括：发射所述不聚焦的x射线使得所述不聚焦的x射线在所述样品上形成宽度至少为0.1mm的光斑。 40.如权利要求30至39中任一项所述的方法，其中，发射所述不聚焦的x射线包括：发射具有宽带能谱的x射线。 41.如权利要求30至40中任一项所述的方法，其中，所述x射线源包括x射线管。 42.如权利要求30至41中任一项所述的方法，其中，所述位置灵敏检测器包括电荷耦合器件、CMOS相机、带状线检测器、二极管阵列、磷屏幕、光谱相机、或位置灵敏正比计数器。 43.如权利要求30至42中任一项所述的方法，其中，所述光谱仪包括真空室，所述方法还包括：使氦气流入所述真空室中，且其中，所述发射、所述散射和所述检测在所述真空室包含氦气时发生。 44.如权利要求30至43中任一项所述的方法，其中，所述位置灵敏检测器在所述真空室内。 45.如权利要求30至43中任一项所述的方法，其中，在检测被散射的x射线之前，被散射的x射线穿过所述光谱仪的真空室的壁中的出射窗。 46.如权利要求30至45中任一项所述的方法，其中，所述光谱仪被集成到手套箱或通风柜中、或者在其内部操作。 47.如权利要求30至46中任一项所述的方法，还包括：使所述晶体分析仪和所述位置灵敏检测器相对于所述样品台完全一致地旋转以将所述光谱仪配置成检查特定段的x射线波长。 48.如权利要求30至47中任一项所述的方法，其中，发射所述不聚焦的x射线包括：发射所述不聚焦的x射线使得所述不聚焦的x射线入射在所述样品面向所述晶体分析仪的表面上。 49.如权利要求30至47中任一项所述的方法，其中，发射所述不聚焦的x射线包括：发射所述不聚焦的x射线使得所述不聚焦的x射线入射在所述样品背向所述晶体分析仪的表面上。 50.如权利要求49所述的方法，其中，所述样品台位于所述x射线源和所述晶体分析仪之间。 51.如权利要求30至50中任一项所述的方法，其中，所述方法被执行以确定标称氧化态的分布，识别出处，和/或检查油页岩中的硫、原油固体、原油液体、精炼的原油产品、加工的或未加工的油页岩、煤、煤灰、飞灰、生物碳、土壤、色素、宝石、或与空气起反应的含硫材料的局部化学成分。 52.如权利要求30至51中任一项所述的方法，其中，所述方法被执行以确定标称氧化态的分布，识别出处，和/或检查生物碳中的磷、润滑油、土壤、富含磷酸盐的矿石、或与空气起反应的含磷材料的局部化学成分。 53.如权利要求30至52中任一项所述的方法，其中，所述方法被执行以确定标称氧化态的分布，识别出处，和/或检查来自核燃料加工或回收的蚀屑流产物中的锝、显示锝污染的环境样品、或与空气起反应的含锝材料的局部化学成分。 54.如权利要求30至53中任一项所述的方法，其中，所述方法被执行以确定标称氧化态的分布，识别出处，和/或检查含铬的消费电子组件、土壤、涂料污泥、工业废料、矿石、或尾矿的局部化学成分。 55.如权利要求30至54中任一项所述的方法，其中，所述光谱仪包括如权利要求1至29中任一项所述的光谱仪。 56.一种用于存储指令的计算机可读介质，所述指令在被与如权利要求1至29中任一项所述的光谱仪电联接的处理器执行时引起所述光谱仪执行如权利要求30至55中任一项所述的方法。
所属类别：	发明专利