一種測量樣品中微量元素?zé)晒馕兆V的系統(tǒng)的制作方法

本實(shí)用新型涉及一種測量樣品中微量元素?zé)晒馕兆V的系統(tǒng)，解決存在大量干擾元素和待測微量元素的樣品的吸收譜測量問題。

背景技術(shù)：

Johansson型晶體：晶體彎曲成半徑2R，然后把表面打磨成半徑R的形狀(即晶體的表面曲率半徑為R，而晶面的曲率半徑為2R)。Johansson型晶體帶來的結(jié)果是從樣品上點(diǎn)源發(fā)射的X射線可以在幾乎整個晶體表面發(fā)生衍射并聚焦在探測器上相同的點(diǎn)，這樣接收效率實(shí)現(xiàn)最大化。

SDD：Silicon Drifed Detector硅漂移探測器。

土壤中磷的含量較低(質(zhì)量百分比在萬分之幾至千分之幾之間)，考慮到土壤是不導(dǎo)電的，所以常用熒光法測量磷的K邊吸收譜。熒光法是通過測量被激發(fā)樣品發(fā)射的熒光譜，提取感興趣元素的熒光強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)的。熒光探測器采用的是具備能量分辨的能量色散型探測器系統(tǒng)(例如鋰漂移硅探測器Si(Li)、硅漂移探測器SDD及其陣列或者多元型)。類似的，吸附污水中磷的吸附劑包含大量二氧化鋯，在通過測量磷的吸收譜研究該吸附劑的吸附機(jī)制時發(fā)現(xiàn)，鋯的熒光發(fā)射線與磷的熒光發(fā)射線相差約30eV，熒光探測器無法將兩條發(fā)射線分開。

通常測量樣品中元素吸收譜的方法是(如圖1所示)：將特定能量的X射線(單色X射線)照射到待測樣品上，X射線相對樣品成45度角入射。垂直于入射單色X射線的探測器相對樣品成45度角接收樣品發(fā)出的熒光。掃描入射單色X射線的能量，連續(xù)記錄探測器探測到的磷元素的熒光總計(jì)數(shù)，得到樣品中磷元素的吸收譜。但是土壤中含有大量的硅元素(含量通常高達(dá)33％)，硅元素產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度太強(qiáng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了探測器容許的輸入計(jì)數(shù)率，使探測器的死時間很高而不能正常工作。此時，能夠采用的方法有兩種，一種是在樣品與探測器之間增加衰減片衰減熒光強(qiáng)度，另一種是將探測器遠(yuǎn)離樣品，增加探頭到樣品的距離以降低探測器的接收立體角，達(dá)到減少接收熒光強(qiáng)度的目的。

磷的K吸收邊能量為2153eV，其熒光發(fā)射線的能量約為2013eV，它們均屬于軟X射線能區(qū)，容易被空氣吸收，因此，吸收譜的測量需要在真空環(huán)境下進(jìn)行。如圖1所示的入射單色X射線、樣品以及探測器探頭均在真空環(huán)境下。前面提到的熒光強(qiáng)度衰減方法，無論是加衰減片還是增加探頭和樣品之間的距離，均是降低所有熒光的強(qiáng)度，既顯著降低了硅的熒光強(qiáng)度，也降低了感興趣的磷的熒光強(qiáng)度。如前所述，土壤中磷的含量本來很低，采用的兩種方法均顯著降低了磷的熒光強(qiáng)度，強(qiáng)度降低會降低吸收譜信噪比；此外，硅和磷兩種元素的原子序數(shù)相鄰，它們的熒光發(fā)射線能量相差只有不到200eV，現(xiàn)有的熒光探測器分辨率不能使兩種元素的熒光峰完全分離，此時熒光強(qiáng)度雖然滿足了探測器要求，但是硅和磷熒光峰的強(qiáng)度的比例關(guān)系沒有變，在設(shè)定的磷元素?zé)晒獾母信d趣區(qū)內(nèi)會有較高的硅的熒光計(jì)數(shù)，這會給磷的吸收譜帶來一個較高的背底，信號背底比的增加會進(jìn)一步降低吸收譜的信噪比。而且，真空腔體的大小是有限制的，探頭到樣品的距離不能無限制增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種測量樣品中微量元素?zé)晒馕兆V的系統(tǒng)。

本實(shí)用新型能夠?qū)⒋郎y樣品中干擾元素的熒光消除，讓探測器只探測到有用的熒光，大大提高測量效率；在土壤中磷元素測量時，能夠?qū)⑼寥罉悠分泄柙氐臒晒庀?，讓探測器只探測到有用的熒光(磷的熒光)，解決因?yàn)楣璧臒晒馓珡?qiáng)使探測器不能很好工作測量磷的吸收譜的問題。除了土壤中的磷之外，該實(shí)用新型也適用其它問題體系，例如一種用于吸附污水中磷的吸附劑，該吸附劑包含大量二氧化鋯，在通過測量磷的吸收譜研究該吸附劑的吸附機(jī)制時發(fā)現(xiàn)，鋯的熒光發(fā)射線與磷的熒光發(fā)射線相差約30eV，熒光探測器無法將兩條發(fā)射線分開，本實(shí)用新型也可以解決這個問題。

本實(shí)用新型通過在樣品和探測器之間增加一塊晶體，利用晶體的布拉格公式，僅使土壤中磷的熒光被晶體衍射出來被探測器探測，獲得土壤中磷元素的熒光吸收譜。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

一種測量樣品中微量元素?zé)晒馕兆V的系統(tǒng)，其特征在于，包括一樣品，衍射單元以及探測器；其中，根據(jù)布拉格定律、樣品中待測微量元素的熒光波長λ和選取的衍射單元確定出該樣品與衍射單元、探測器之間的位置；該衍射單元用于將該樣品被激發(fā)出的滿足布拉格定律的熒光衍射到該探測器。

進(jìn)一步的，該樣品為含硅或鋯元素的樣品，待測微量元素為磷；該樣品、衍射單元以及探測器探頭處于真空環(huán)境。

進(jìn)一步的，該衍射單元為一Johansson型晶體；該樣品、Johansson型晶體和探測器探頭位于同一圓上，該圓半徑為Johansson型晶體表面的曲率半徑，樣品到Johansson型晶體以及Johansson型晶體到探測器的距離相同。

進(jìn)一步的，該衍射單元為一Johansson型晶體；該樣品、Johansson型晶體和探測器探頭位于同一圓上，該圓半徑為Johansson型晶體表面的曲率半徑，樣品到Johansson型晶體以及Johansson型晶體到探測器的距離相同。

進(jìn)一步的，依據(jù)布拉格定律2dsinθ＝mλ確定出該樣品與衍射單元、探測器之間的位置；其中，d為Johansson型晶體的晶格間距，θ為X射線與Johansson型晶體表面之間的夾角，m為衍射級次。

進(jìn)一步的，該衍射單元為一曲率半徑為100mm的Johansson型Ge(111)晶體。

進(jìn)一步的，還包括一毛細(xì)管聚焦裝置，該毛細(xì)管聚焦裝置用于將X射線聚焦垂直入射到該樣品上。

進(jìn)一步的，該樣品為土壤或用于吸附污水中磷的吸附劑。

進(jìn)一步的，通過一毛細(xì)管聚焦裝置將X射線聚焦垂直入射到該樣品上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的積極效果為：

本系統(tǒng)能夠?qū)⒋郎y樣品中干擾元素的熒光消除，讓探測器只探測到有用的熒光，大大提高測量效率。

以土壤為例，本實(shí)用新型使用晶體依據(jù)布拉格公式將土壤樣品發(fā)射出的熒光中有用的(磷的熒光)部分衍射出來由探測器測量，而且強(qiáng)度非常高的無用的(硅的熒光)部分因?yàn)椴粷M足布拉格公式而不能被晶體衍射出來，使探測器測量不到無用的硅的熒光信號。因?yàn)樘綔y器測量到的只有磷的熒光信號，探測器的死時間在正常范圍，不會因?yàn)闇y量到強(qiáng)度很高的硅的熒光使死時間很高而不能正常工作。

從圖2中可以看到，樣品、晶體和探測器的位置相對固定，位于虛線圓上。不需要像以前的方案一樣需要大范圍調(diào)節(jié)樣品到探測器探頭的距離。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)土壤樣品中磷元素吸收譜的測量系統(tǒng)；

圖2為本實(shí)用新型土壤樣品中磷元素吸收譜的測量系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。

本實(shí)用新型是在樣品和探測器之間光路上增加衍射單元，比如一塊晶體(如圖2所示)，依據(jù)布拉格定律2dsinθ＝mλ(d為衍射材料的晶格間距，θ為X射線與衍射元件表面之間的夾角，m為衍射級次，是一個整數(shù)，λ為特征X射線的波長)，選擇衍射到探測器的波長是通過改變晶體相對樣品的位置實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)橹挥袧M足布拉格定律的特征X射線(特定波長λ)才能衍射出來，其它元素發(fā)出的特征X射線干擾本身被減小。

首先垂直入射到樣品上的X射線使用毛細(xì)管聚焦裝置進(jìn)行聚焦，使聚焦得到的最小光斑位于樣品上。然后樣品發(fā)出的熒光(X射線)由一塊Johansson型Ge(111)晶體接收，接著滿足布拉格定律的熒光被晶體衍射，而不滿足布拉格定律的被晶體吸收。最后衍射光由SDD探測器接收。圖2中樣品、晶體和探測器探頭位于虛線圓上，虛線圓半徑即為Johansson型晶體表面的曲率半徑，樣品到晶體以及從晶體到探測器的距離相同，熒光入射到晶體中心位置時入射角為19.51度(對應(yīng)的布拉格角θ＝79.49度)。

當(dāng)使用的Ge(111)晶體表面的曲率半徑為100mm時，下圖中虛線圓半徑為100mm，則樣品到晶體以及晶體到探測器的距離均為188.52mm；目前Ge(111)晶體能夠做到的最小表面曲率半徑是100mm，本實(shí)用新型之所以采用最小曲率半徑的晶體，是為了提高晶體的接收效率(因?yàn)榫w離樣品最近)，以使探測器能夠獲得最大的信號。當(dāng)單色X射線聚焦后垂直入射到土壤樣品上，晶體接收樣品發(fā)出的熒光(X射線)，只有滿足布拉格公式的能量為2013.7eV的熒光(磷的Kα發(fā)射線)能夠被晶體衍射，衍射光由SDD探測器接收并探測。而能量為1739.8eV的熒光(硅的Kα發(fā)射線)不滿足布拉格公式而不能被晶體衍射。因?yàn)樘綔y器只接收到磷的熒光，而避免了接收到強(qiáng)度非常高的硅的熒光，所以探測器可以工作在很好的狀態(tài)下，解決了土壤中磷元素的吸收譜測量問題。注意：圖2中毛細(xì)管、樣品、Ge(111)彎晶及探測器探頭是處于真空環(huán)境下的。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。