專利名稱：自動(dòng)化x射線熒光分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及樣品的材料組成的初步自動(dòng)化鑒定，以方便用于隨后的詳細(xì)分析 的參數(shù)精煉。
背景技術(shù)：
定義如在本說明書和在任何所附的權(quán)利要求中所使用的那樣，除非文意另有所 指，否則下列術(shù)語將具有下述涵義術(shù)語“金屬”在本文中用于指代由屬于該元素族的任何元素所構(gòu)成的材料，在其中 性狀態(tài)的電子排布中，該族元素容易失去一個(gè)或多個(gè)電子而形成陽離子。在沒有限制的情 況下，“金屬”可指代純金屬或合金。術(shù)語“主要是非金屬”表示這樣的材料組成，即，其中金屬只占樣品組成體積的很 小一部分(< 10% )，還包括微量部分在內(nèi)。術(shù)語“混合組成”表示材料的聚集，無論在組成上是否是空間均勻的，其中在體積 上材料的可觀部分(> 10% )是金屬，且在體積上材料的可觀部分(> 10% )是非金屬。 術(shù)語“混合組成”的形容詞詞義可以與術(shù)語“不均勻的”交換使用。術(shù)語“合金”指代主要是金屬且由一種以上元素所組成的材料。術(shù)語“完整光譜分析”指代光譜程序，其中，利用基本上所有由樣品發(fā)射的、在電 磁光譜的指定范圍內(nèi)并超過指定信號(hào)強(qiáng)度的X射線熒光譜線，以得到樣品的基本組成的估 計(jì)。在完整光譜分析中，還可以沒有限制地包括除譜線以外的其他光譜特征，例如包含指定 光譜范圍的一部分(包括整體)的連續(xù)散射的形狀。如果只考慮指定光譜范圍內(nèi)譜線的很 小子集，那么任何產(chǎn)生的光譜分析都不是本文所采用的術(shù)語意義上的“完整光譜分析”?，F(xiàn)行實(shí)踐全世界的檢驗(yàn)員都使用現(xiàn)場便攜式χ射線熒光(XRF)儀器以確定在各 式各樣的樣品矩陣中的元素分布，其中包括土壤、礦石、陶瓷、金屬、高分子材料、薄膜、以及 不同基底上油漆。例如，Thermo Scientific NITON XL3采用了各種算法以正確地分析 這些不同樣品矩陣。一般而言，給定的儀器將用于單一種類樣品分析的具體情況中，例如， 將合金分類，或者分析土壤樣品，或者分析房屋中的油漆。在這種情況下，分析儀的最有效 地使用是工作在用戶從觸摸屏或相關(guān)聯(lián)電腦的菜單上選擇的單一模式下。然而，存在這樣一些應(yīng)用，特別是在消費(fèi)產(chǎn)品中有毒元素的測量，其中任何給定的 產(chǎn)品可包含幾種或更多不同的材料。盛裝打扮的塑料娃娃是玩具的一個(gè)例子，其可具有衣 服，皮革樣子的PVC部分，陶瓷部分以及涂漆的金屬按鈕。為了獲得對這些不同材料中的每 一種的正確分析，需要使用XL3的正確設(shè)置以及其對應(yīng)的分析算法。如果選擇錯(cuò)誤的模式， 通常將報(bào)告錯(cuò)誤的結(jié)果。對于使用者來說，特別是沒有良好訓(xùn)練的使用者，最有效的模式常常不是顯而易
4見的。例如，在檢驗(yàn)如木材、紡織品和食品等物品時(shí)，選擇哪種可用模式(其通常局限于金 屬模式和塑料模式)對使用者來說可能不是顯而易見的。雖然在這種情況下塑料模式對于 分析是最有效的，因?yàn)樗羞@些材料都主要是碳?xì)浠衔铮怯脩艨赡軙?huì)不太了解這一事實(shí)。確定材料中元素濃度的XRF分析儀使用復(fù)雜的分析工具。為了盡可能迅速地執(zhí) 行計(jì)算分析，正常的做法是用戶指示儀器待分析的對象的主導(dǎo)材料的類型。例如，在各種 Thermo Niton XRF分析儀中，通過觸摸相應(yīng)圖標(biāo)，如在觸摸屏上的“合金”或“塑料”，來執(zhí) 行指示。開始于用戶提供的通用信息的計(jì)算機(jī)算法根據(jù)收集的光譜進(jìn)一步改進(jìn)分析的參數(shù) 空間。例如，在完整分析前，由用戶預(yù)先指示的金屬測量將根據(jù)鐵、銅、或鋅的特征χ射線譜 線的強(qiáng)度被分類為鐵基、銅基、或鋅基。通過所識(shí)別的特征，光譜本身自動(dòng)地允許算法在聚 氯乙烯(PVC)，例如其中存在氯，和包含的主要元素的重量沒有超過氧的其他塑料之間進(jìn)行 選擇。美國專利第7，170，970號(hào)(Tani等人的)教導(dǎo)了一種自動(dòng)化算法，其根據(jù)樣品是 否響應(yīng)于短時(shí)間的χ射線照射而發(fā)射具有高光譜強(qiáng)度的熒光X射線譜線，“[識(shí)別]或者 [判定]”材料是“金屬”還是“非金屬”。在Tani等人的專利的第4欄第1-10行發(fā)現(xiàn)了相 關(guān)教導(dǎo)。該方法雖然對于某些規(guī)定的應(yīng)用是有用的，但是可能不是很適合檢驗(yàn)更廣范圍的 未知組合物的材料。另一個(gè)專利，美國專利第7，430，274號(hào)(Connors等人的)，描述了這樣一種檢驗(yàn)方 式，其中在光束能量端點(diǎn)和光束濾波的第一設(shè)置下執(zhí)行初始測試，并且針對檢測到的康普 頓(Compton)散射和在與檢測到的總計(jì)數(shù)率相關(guān)的金屬譜線的枚舉集中的熒光確定速率。 然后，取決于所得到檢測的初步分類，改變光束電流，然后將多個(gè)可能的濾波器中的一個(gè)插 入到光束中，以用于后續(xù)測量。本文中將該檢驗(yàn)方式稱為“取決于設(shè)置”的檢驗(yàn)方式，因?yàn)?光束和進(jìn)行最終測量時(shí)的濾波器條件的集合完全取決于第一測量集合的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供了一種用于對未知組合物樣品的組成進(jìn)行分類 的方法。所述方法包括以下步驟a.使用第一束穿透性輻射照射所述樣品的一部分，所述第一束穿透性輻射由光束 設(shè)置的第一預(yù)指定集合來表征；b.檢測所述樣品放射的X射線輻射；c.執(zhí)行所述χ射線輻射的完整光譜分析；以及d.基于所述完整光譜分析至少關(guān)于金屬含量將所述樣品的組成進(jìn)行分類。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了用于對未知組合物樣品的組成進(jìn)行分類的 又一方法。在又一方法中，執(zhí)行以下步驟a.使用第一束穿透性輻射照射所述樣品的一部分，所述第一束穿透性輻射由光束 設(shè)置的第一預(yù)指定集合來表征；b.檢測所述樣品放射的X射線輻射；c.使用第二束穿透性輻射照射所述樣品的所述部分，所述第二束穿透性輻射由光 束設(shè)置的第二預(yù)指定集合來表征；
d.執(zhí)行所述χ射線輻射的完整光譜分析；以及e.基于所述完整光譜分析將所述樣品的組成分類為主要是非金屬或主要是金屬。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方式，執(zhí)行完整光譜分析的步驟可包括使用基本參數(shù)算 法。將樣品的組成進(jìn)行分類的步驟包括確定樣品是否主要是非金屬或主要是金屬，以及根 據(jù)分類隨后分析樣品的步驟。在本發(fā)明的可替換的實(shí)施方式中，執(zhí)行輻射的完整光譜分析的步驟可進(jìn)一步包括 確定氯濃度是否超過指定分?jǐn)?shù)的(fractional)重量組成。根據(jù)將樣品的組成進(jìn)行分類的 步驟的結(jié)果，進(jìn)一步的步驟可包括根據(jù)可替換的FP算法重新分析輻射。該分析還可以并入 由用戶提供的信息。在重新分析之前，另一束穿透性輻射可用于照射樣品，其中另一束穿透 性輻射由光束設(shè)置的另一集合來表征，采用另一束穿透性輻射照射樣品可包括在另一束穿 透性輻射中引入濾波器，特別是由鐵、鈷、或鎳制成的濾波器。


通過參考下面具體實(shí)施方式
的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，將更全面地理解本發(fā)明。圖1描述了一種XRF分析儀，本發(fā)明可被應(yīng)用于該種類的XRF分析儀中，在根據(jù)本 發(fā)明為分析作準(zhǔn)備時(shí)所述XRF分析儀靠近樣品；以及圖2和圖3是描述根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的X射線熒光的自動(dòng)分析的方法步 驟的流程圖。
具體實(shí)施例方式在小型、低功率封裝中計(jì)算機(jī)提高的能力使得在手持式儀器中執(zhí)行強(qiáng)大運(yùn)算切 實(shí)可行。本發(fā)明的實(shí)施方式利用，不限于使用基礎(chǔ)參數(shù)(FP)方法或其他任何指定算法 的分析，一種或多種采用連續(xù)操作大矩陣陣列的迭代技術(shù)，通過可能遇到的如金屬、塑 料、土壤等各種材料的工廠校準(zhǔn)來確定所述大矩陣陣列的參數(shù)。例如，在Van Grieken 等人(編輯)的Handbook ofX-Ray Spectrometry (2nd Ed)(射線光譜分析法手冊(第 二版)M2005)第五章中，de Vries 等人的“Quantification of Infinitely Thick Specimens by XRF Analysis (利用XRF分析儀的無限厚標(biāo)本的量化)”描述了使用或者 不使用說明Compton散射增強(qiáng)的基礎(chǔ)參數(shù)方法，該書的全部內(nèi)容以引用方式并入本文。 在 ASTMSpecial Publication No 157，(1953)，pp. 27f 中 Sherman 的 The Correlation Between Fluorescent X-Ray Intensity and Chemical Composition (焚光 X 身寸線強(qiáng)度禾口 化學(xué)組成之間的相互關(guān)系)中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步的教導(dǎo)，其內(nèi)容也以引用方式并入本文。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，描述了分析方法，該方法不需要預(yù)先分類成材料類別的 二元(或其他)集，并且具有給出關(guān)于樣品是金屬和塑料的非均勻混合物的有用信息的重 要優(yōu)勢。根據(jù)所描述的方法，由于完全自動(dòng)地調(diào)整已經(jīng)獲取的數(shù)據(jù)的分析模式，所以各種各 樣材料的分析成為可能。所述方法特別有益于通過現(xiàn)場便攜式XRF分析儀分析消費(fèi)產(chǎn)品。手持Thermo Niton XRF分析儀的計(jì)算能力足夠在小于500毫秒內(nèi)執(zhí)行包括高達(dá) 沈個(gè)元素的復(fù)雜光譜的完整分析，同時(shí)在該時(shí)間段內(nèi)執(zhí)行10次以上迭代。光譜越簡單需要 的時(shí)間越少。實(shí)際上，分析時(shí)間相當(dāng)短以至于可以在小于1秒的過程中執(zhí)行多個(gè)獨(dú)立分析， 并根據(jù)最佳匹配選擇結(jié)果。
近來采用的Thermo Scientific NITON 型13 XRF分析儀具有快速分析包括 PVC和非PVC塑料、金屬、非塑料碳?xì)浠衔?、以及包括一個(gè)以上上述材料的非均勻組成的 許多材料的能力，而不需要除自動(dòng)模式的初始選擇之外的任何用戶輸入。不需要對材料的 假定類型進(jìn)行任何用戶輸入的組成分析在本文中可被稱為“自適應(yīng)分析”。這種模式在市場 上有效的重要標(biāo)準(zhǔn)是它迅速地產(chǎn)生正確的結(jié)果。例如，玩具的檢驗(yàn)員可能希望每小時(shí)進(jìn)行 超過100次的單獨(dú)測量，這樣單項(xiàng)測試必須在不到一分鐘內(nèi)完成。金屬和塑料的光譜的差別是很明顯的以至于分析迅速地收斂到正確的參數(shù)集，在 這種情況下，一個(gè)參數(shù)集將被用于金屬，而另一個(gè)參數(shù)集用于塑料。在其他情況下，例如，所 獲得的土壤樣品的光譜和所獲得的礦石樣品的光譜之間的差別可能基本上需要使用不同 參數(shù)集的更多迭代，然而，總分析時(shí)間仍然保持為小于1秒?，F(xiàn)在參照圖1和圖2描述在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中采用的方法的步驟。首 先，使用從XRF分析儀10發(fā)射的X射線照射樣品12 (在圖2中由數(shù)字202所指定的步驟)， 樣品12可以具有完全未知的組成。通常使用χ射線管(未示出)作為源來執(zhí)行初始照射， 其中χ射線管的終端能量是20keV，并且通過銅(Cu)濾波器過濾由源發(fā)射的χ射線。例如， 如χ射線管等χ射線源的使用，以及如Cu濾波器或其他濾波器的窗口或基本濾波器的使用 是在Grodzins等人的美國專利第6，765，986號(hào)中描述的標(biāo)準(zhǔn)XRF技術(shù)，其內(nèi)容以引用方式 并入本文。由樣品12散射的或者共振發(fā)射(發(fā)熒光)的輻射被檢測(20 并根據(jù)分析儀中的 能量被分類。此外，按照發(fā)熒光的或散射的光子的能量的排序是標(biāo)準(zhǔn)XRF實(shí)踐，并在例如美 國專利第6，765，986號(hào)中進(jìn)行了描述。然后從上述定義的意義上說，在“完整的”光譜分析 中分析010)源自光譜分類的χ射線輻射的信號(hào)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以采用應(yīng)用在XRF 光譜分析中的任意分析程序。特別地，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在第一完整光譜分析中 使用通常用于分析塑料樣品的分析程序。由在前Van Grieken等人描述了這種標(biāo)準(zhǔn)分析程 序。在執(zhí)行上述分析過程中，沒有對樣品組成進(jìn)行假設(shè)。初始光譜分析，同時(shí)為“完整”的 分析，可以被稱為“預(yù)備的”或“初步的”分析，因?yàn)槿绻@不是決定性的分析，則隨后可在 不同條件下進(jìn)行后續(xù)的分析。如上一段所描述的初步的完整光譜分析(210)可以，更具體地，對應(yīng)于使用適合 塑料分析的初始參數(shù)的基礎(chǔ)參數(shù)(FP)分析?；A(chǔ)參數(shù)-塑料分析，例如，允許樣品包含碳 氫化合物組成的黑暗矩陣，其不會(huì)引起測量的熒光發(fā)射譜線。使用加載到處理器中的軟件 來執(zhí)行這種分析，所述處理器通常包含在XRF分析儀10之中。如果完整光譜分析導(dǎo)致適合 的可接受品質(zhì)，即在指定的確定性極限內(nèi)，那么顯示分析，或者以其他方式提供給用戶。根據(jù)初步的完整光譜分析(210)可以確定，例如，氯(Cl)輻射在量上是否超過了 總樣品組成的指定組成比例。在圖3所描述的本發(fā)明的實(shí)施方式中，在通過光束條件的初 始集合的照射后，進(jìn)行氯含量的確定。氯含量確定為以檢測材料包含PVC的假設(shè)為基礎(chǔ)的 隨后檢測做準(zhǔn)備。在圖2中描述的實(shí)施方式中，照射的條件可能變化為第二預(yù)配置條件集 合。然而，通常地，以20kV的管電壓和Cu濾波器執(zhí)行初始輻射，第二固定的輻射條件集合 (208)可以是50kV的管電壓和鉬(Mo)濾波器。預(yù)配置輻射參數(shù)的第一集合特別有利于檢 測低原子序號(hào)金屬的熒光譜線，而預(yù)配置輻射參數(shù)的第二集合特別有利于檢測過渡金屬的 熒光譜線。然而，應(yīng)該理解的是，設(shè)置的兩個(gè)固定集合可以有利地使用在某些條件下，而固
7定設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)集合可以有利地使用在其他應(yīng)用中，所有都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在任 何情況下，使用指定分析執(zhí)行所獲得的XRF數(shù)據(jù)的分析(210)，所述指定分析視情況而定， 并且產(chǎn)生如上所定義的完整光譜分析。在步驟210中，完整光譜分析提供了確定(21 樣品12的主要元素成分。針對樣 品的化學(xué)性質(zhì)獲得試驗(yàn)方案。根據(jù)完整光譜分析的結(jié)果，使用可替換的FP分析參數(shù)可以分 析在步驟202(和208，如果存在的話)中所獲得的相同數(shù)據(jù)。例如，如果金屬含量超過指定 閾值015)，那么可使用針對金屬校準(zhǔn)的FP來重復(fù)分析017)?？商鎿Q地，根據(jù)一個(gè)或多個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)，測試可以被設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)閾值。在另一個(gè)實(shí)施例中，在不均勻樣品的情況下，預(yù) 備的元素分析可確定不存在可接受的匹配，在這種情況下，可執(zhí)行重新分析。重新分析可使 得在不同激勵(lì)條件下收集更多數(shù)據(jù)成為必要的。下面提供了這種改變激勵(lì)條件的實(shí)施例。在預(yù)備分析過程中，收集的數(shù)據(jù)以及執(zhí)行的分析可能有助于限制、但是不能明確 地確定樣品的元素組成。即，預(yù)備分析可以確定一些元素組成是可能的，以及一些元素存在 于可確定的濃度范圍中，然而其他元素的濃度甚至是否存在可能仍然是不確定的。對于另一個(gè)實(shí)施例，如果預(yù)備元素分析根據(jù)氯濃度確定樣品主要是PVC，那么接著 可以相應(yīng)地對樣品進(jìn)行重新分析。為了補(bǔ)充上述自動(dòng)操作，用戶可以預(yù)設(shè)參數(shù)，例如，具體元素的統(tǒng)計(jì)不確定性，如 最大濃度受政府規(guī)章規(guī)定的有毒元素。在這種情況下，繼續(xù)積累數(shù)據(jù)016)，更新報(bào)告給用 戶的化學(xué)性質(zhì)和樣品類型，重復(fù)或者改變設(shè)置直至滿足標(biāo)準(zhǔn)或者系統(tǒng)超時(shí)。根據(jù)本發(fā)明，自適應(yīng)分析結(jié)束的典型標(biāo)準(zhǔn)可采用不同形式，但是通?；诨A(chǔ)參 數(shù)結(jié)果的收斂019)。FP分析的典型標(biāo)準(zhǔn)是，對于所有觀察到的主要元素和微量元素，當(dāng)?shù)?η次迭代所獲得的結(jié)果與前一次迭代的結(jié)果之間的差值小于時(shí)，終止分析。迭代的次數(shù) 很少大于四。對于FP收斂，相對差值Y%通常被設(shè)置為0. 001 %，但是可能小至0. 0001 %。在本發(fā)明范圍內(nèi)所實(shí)踐的方法可有利地提供關(guān)于待執(zhí)行的最佳分析類型的判斷 是只基于檢測的光譜特征的完整光譜分析結(jié)果的，而不是用戶的先驗(yàn)。特別地，在兩種成分 的系統(tǒng)中，例如由單一合金和單一類型塑料組成的樣品，在步驟212中，在相同的分析中， 可以得到二者都可接受的匹配。這種方法特別有益于通過現(xiàn)場便攜式XRF儀器分析消費(fèi)產(chǎn)
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ΡΠ O0037根據(jù)上述描述，一旦執(zhí)行樣品的化學(xué)分析，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以有利地 包含其他自動(dòng)化特征。例如，根據(jù)單一元素的多譜線的檢測，可以做出物種(通常是鉛(Pb) 或另一種微量元素)是否被布置在樣品表面層或附近，或者微量元素是否分布在整個(gè)樣品 體積中的判斷。Grodzins等人于2008年9月5日提交的題為“Measurement of Lead by X-Ray Fluorescence.(通過X射線熒光的鉛的測量)，，的美國專利申請第12/205，678號(hào) 提供了使用多L譜線的關(guān)于這一點(diǎn)的完整教導(dǎo)，所述多L譜線在檢測熒光光譜中是可用的。 在分析部分期間，可以分析單一元素的多譜線。因此，例如，可以分析鉛L-alpha和L-beta 峰值以確定(221) 是否存在于材料的表面或分散在材料中，或者被埋置在非鉛材料層的 下面。如果確定鉛(或其他目標(biāo)元素)位于樣品的表面或者位于埋置層中，那么計(jì)算它的 濃度并且以μ g/cm2為單位或類似的單位報(bào)告023)。如果1 是大塊的(in the bulk), 那么與其他所有元素一樣，以mg/kg或以百分比為單位報(bào)告鉛的濃度。根據(jù)所有模式的綜合結(jié)果確定元素的組成，以及它們的統(tǒng)計(jì)不確定性，材料的鑒
8別，并且如果適用的話，確定其他特征，例如材料的厚度。現(xiàn)在描述本發(fā)明的方法的另一個(gè)具體的示例性實(shí)施方式。在本說明書中，假設(shè)使 用Hiermo Scientif ic NITON XLS0在200ms內(nèi)能夠自動(dòng)改變X射線管的參數(shù)以產(chǎn)生范 圍從^eV到50keV、電流范圍高達(dá)220 μ A的電子束。通過在光束通道中將濾波器之一插入 到六方位濾波器輪上，能夠在大約IOOms內(nèi)改變產(chǎn)生的χ射線束的光束輪廓。應(yīng)該意識(shí)到 的是，這些性能特性是說明性的。可以使用具有不同模式的不同χ射線管，所述模式用于操 作χ射線束。一般而言，采用對于分析儀來說必要的多個(gè)設(shè)置和算法來分析每個(gè)樣品以達(dá)到結(jié) 果上的結(jié)束。測試最典型地開始于在兩個(gè)固定設(shè)置(202，208)處獲取的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的 分析確定了下面的設(shè)置，使得參數(shù)或算法的每個(gè)相繼的新設(shè)置都基于前面累積的結(jié)果。在固定設(shè)置(20 的第一集合中，根據(jù)示例性實(shí)施方式，設(shè)置χ射線管的電壓和濾 波器以快速地檢查來自較輕元素的光譜。照射的持續(xù)時(shí)間在2至3秒范圍內(nèi)。在更具體的 實(shí)施方式中，管電壓被設(shè)置為20keV，而銅濾波器用于提供較輕元素濃度的第一分析。χ射 線管電流被自動(dòng)地調(diào)整使得檢測器中的計(jì)數(shù)率得以優(yōu)化以在最短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生最大計(jì)數(shù)。優(yōu) 化是基于50 %的“死時(shí)間，，的；即，調(diào)整電子束電流(在幾十毫秒內(nèi))使得大約50 %的運(yùn)行 時(shí)間用于計(jì)算數(shù)據(jù)。在XL3中，“死時(shí)間”標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致每秒至少10，000次計(jì)數(shù)的流量計(jì)數(shù)率， 使得系統(tǒng)在大約2秒內(nèi)累計(jì)至少20，000次計(jì)數(shù)，這對初步分析而言是足夠的。在固定設(shè)置Q08)的第二集合中，根據(jù)示例性實(shí)施方式，相比于固定設(shè)置的第一 集合的濾波器，提供了更高的管電壓，以及用于更高原子序號(hào)的濾波器。可能的濾波元素包 括，例如，鐵、鈷、以及鎳。通過化學(xué)分析的結(jié)束來確定第二照明的持續(xù)時(shí)間，而不受先驗(yàn)的 限制。作為更具體的實(shí)施例，高壓可以改變?yōu)?0kV，通過電流再次設(shè)置以產(chǎn)生最佳的高計(jì)數(shù) 率。濾波器被改變?yōu)殂f，其產(chǎn)生具有17. 5keV的強(qiáng)熒光χ射線的χ射線光譜。在大約1秒內(nèi)分析在第一設(shè)置處獲得的數(shù)據(jù)，以給出光譜的元素組成的測量。因 此獲得的樣品的化學(xué)性質(zhì)給予基本參數(shù)(FP)方法優(yōu)先權(quán)，其將首先用于分析在設(shè)置2處獲 得的數(shù)據(jù)。例如，如果設(shè)置1確定了樣品最可能是PVC，那么接著可以首先使用最適合于塑 料的唯一 FP模式。累計(jì)的數(shù)據(jù)與康普頓強(qiáng)度和相干散射峰值一起不斷地用于確定元素濃度的最佳 值并識(shí)別材料類型。在一些實(shí)施方式中，以足夠的準(zhǔn)確性確保選擇的分析模式是正確的情況下，為了 獲得元素濃度只需要兩個(gè)設(shè)置。在這種情況下，分析將停止，并顯示結(jié)果。通常測試持續(xù)時(shí) 間是10秒。在各種情況下，分析將繼續(xù)。通過下面方案提供實(shí)施例實(shí)施例1 在步驟2中獲得的光譜可顯示如鉬或其相鄰元素的元素濃度的重要證 據(jù)。使用鉬濾波器不能準(zhǔn)確地測量這些濃度。實(shí)施例2 從步驟1和2中得到的結(jié)果可顯示鈣濃度，其使得如鍶等相關(guān)聯(lián)元素的 存在變得似是而非。在這種情況下，通過另一個(gè)(非鉬)濾波器提供更有效的分析。在前述的兩個(gè)實(shí)施例中，將銀(Ag)濾波器插入光束路徑中，并調(diào)整光束電流。產(chǎn) 生的輻射條件構(gòu)成設(shè)置3。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，如果統(tǒng)計(jì)不確定性仍然很大，并且沒有根據(jù)統(tǒng)計(jì)原則隨著時(shí)間下降，那么系統(tǒng)可以確定(在步驟212中)對于樣品而言第一 FP方法不是最適合的， 并且繼續(xù)在步驟2中，系統(tǒng)采用第二可用的FP模型重新計(jì)算數(shù)據(jù)017)?？商鎿Q地，可以使 用一個(gè)以上的FP方法繼續(xù)分析累計(jì)的數(shù)據(jù)，得到與所有數(shù)據(jù)最匹配的最終結(jié)果。在又一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，康普頓和瑞利(Rayleigh)散射強(qiáng)度可以指示極輕 元素的存在。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)將改變參數(shù)以得到在樣品中鋁、硅以及其他 輕元素的測量。為了補(bǔ)充上述自動(dòng)化操作，用戶可以預(yù)設(shè)參數(shù)，例如，具體元素的統(tǒng)計(jì)不確定性， 例如最大含量受政府規(guī)章規(guī)定的有毒元素。在這種情況下，繼續(xù)積累數(shù)據(jù)，更新報(bào)告給用戶 的化學(xué)性質(zhì)和樣品類型，重復(fù)或者改變設(shè)置直至滿足標(biāo)準(zhǔn)或者系統(tǒng)超時(shí)。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式，自適應(yīng)分析模式結(jié)束的典型標(biāo)準(zhǔn)將采用不同形式， 但是通?；诨A(chǔ)參數(shù)結(jié)果的收斂。FP分析的典型標(biāo)準(zhǔn)是，對于所有觀察到的主要元素和 微量元素，當(dāng)?shù)讦谴蔚@得的結(jié)果與前一次迭代的結(jié)果之間的差值小于時(shí)，終止分 析。迭代的次數(shù)很少大于四。針對FP收斂，相對差值通常被設(shè)置為0.001%，但是可以 小至 0. 0001% O這種方法的重要特征是計(jì)算機(jī)保留在給定測試中所獲得的所有光譜的歷史。沒有 數(shù)據(jù)丟失或拋棄，甚至在為了獲得最佳匹配而利用不同的方法分析數(shù)據(jù)時(shí)。雖然通過上述示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在 不脫離本文所公開的發(fā)明構(gòu)思的情況下，可以進(jìn)行說明的實(shí)施方式的修改和改進(jìn)。而且，可 以以上面沒有列出的方式組合公開的方面或者向方面的一部分。因此，不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明被 限制為示例性實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于對未知組合物樣品的組成進(jìn)行分類的方法，所述方法包括a.使用第一束穿透性輻射照射所述樣品的一部分，所述第一束穿透性輻射由光束設(shè)置 的第一預(yù)指定集合來表征；b.檢測所述樣品放射的χ射線輻射；c.執(zhí)行所述χ射線輻射的完整光譜分析；以及d.基于所述完整光譜分析至少關(guān)于金屬含量將所述樣品的組成進(jìn)行分類。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述執(zhí)行完整光譜分析的步驟包括采用基本參數(shù)算法。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，將所述樣品的組成進(jìn)行分類的步驟包括確定所 述樣品是否主要是非金屬或主要是金屬。
4.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將所述樣品的組成進(jìn)行分類的步驟之 后是，取決于分類隨后分析所述樣品的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行所述輻射的完整光譜分析的步驟進(jìn)一步包括 確定氯濃度是否超過指定分?jǐn)?shù)的重量組成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，基于將所述樣品的組成進(jìn)行分類的步驟的結(jié) 果，所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)可替換的FP算法重新分析所述輻射的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，重新分析所述輻射的步驟是附加地基于操作者所 提供的信息的。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，進(jìn)一步包括在重新分析之前，使用另一束穿透性輻射 照射所述樣品的一部分的步驟，所述另一束穿透性輻射由光束設(shè)置的另一集合來表征。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，使用另一束穿透性輻射照射所述樣品的一部分的 步驟包括在所述另一束穿透性輻射中插入濾波器。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述濾波器包括鐵、鈷、和鎳中的至少一個(gè)。
11.一種用于對未知組合物樣品的組成進(jìn)行分類的方法，所述方法包括a.使用第一束穿透性輻射照射所述樣品的一部分，所述第一束穿透性輻射由光束設(shè)置 的第一預(yù)指定集合來表征；b.檢測所述樣品放射的χ射線輻射；c.使用第二束穿透性輻射照射所述樣品的所述部分，所述第二束穿透性輻射由光束設(shè) 置的第二預(yù)指定集合來表征；d.執(zhí)行所述X射線輻射的完整光譜分析；以及e.基于所述完整光譜分析將所述樣品的組成分類為主要是非金屬或主要是金屬。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，執(zhí)行完整光譜分析的步驟包括采用基本參數(shù)算法。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，將所述樣品的組成進(jìn)行分類的步驟包括確 定所述樣品是否主要是非金屬或主要是金屬。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在將所述樣品的組成進(jìn)行分類的 步驟之后是，取決于分類隨后分析所述樣品的步驟。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，執(zhí)行所述輻射的完整光譜分析的步驟進(jìn)一步包 括確定氯濃度是否超過指定分?jǐn)?shù)的重量組成。
16.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，基于將所述樣品的組成進(jìn)行分類的步驟的 結(jié)果，所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)可替換的FP算法重新分析所述輻射的步驟。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，重新分析所述輻射的步驟是附加地基于操作者 所提供的信息的。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括在重新分析之前，使用另一束穿透性輻射 照射所述樣品的一部分的步驟，所述另一束穿透性輻射由光束設(shè)置的另一集合來表征。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使用另一束穿透性輻射照射所述樣品的一部分 的步驟包括在所述另一束穿透性輻射中插入濾波器。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述濾波器包括鐵、鈷、和鎳中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種根據(jù)完整頻譜分析將樣品進(jìn)行分類的方法。使用穿透性輻射照射樣品，并根據(jù)樣品的表面或容積之中發(fā)射的共振熒光譜線的頻譜分辨率執(zhí)行初始完整頻譜分析。如果初始完整頻譜分析產(chǎn)生樣品的組成在可接受限度內(nèi)，那么將分析值輸出給用戶。否則，初始完整頻譜分析結(jié)果告知執(zhí)行進(jìn)一步的分析。
文檔編號(hào)G01N23/223GK102066912SQ200980113590
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月17日
發(fā)明者斯蒂芬·I·沙夫斯基, 邁克爾·E·杜加斯, 里·哥羅德金斯 申請人:特莫尼托恩分析儀器股份有限公司