CN101498647B - 用于大气颗粒单颗粒分析的微束x射线荧光设备 - Google Patents

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基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备，它包括X射线光源、针孔光阑、“坪区”毛细管X射线会聚透镜、样品、显微镜、探测器，本设备的核心部件是“坪区”毛细管X射线会聚透镜。由于“坪区”毛细管X射线会聚透镜微焦斑的“坪区”处X射线强度分布均匀度高，且具有较高的功率密度增益，所以该谱仪特别适用于对大气颗粒物等微小颗粒物进行单颗粒分析：快速获得元素特征峰相对强度与单颗粒在“坪区”中位置无关的能谱——单颗粒“指纹”谱。

Description

用于大气颗粒单颗粒分析的微束X射线荧光设备
技术领域
本发明涉及一种基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备。“坪区”毛细管X射线会聚透镜是利用多毛细管将发散的X射线会聚为带有“坪区”的微焦斑，“坪区”处X射线强度分布均匀度(强度最大值和最小值之差除以强度平均值)高，且具有较高的功率密度增益(单位面积上强度)，基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备特别适用于对大气颗粒物等微小颗粒物进行单颗粒分析。
背景技术
随着分析技术的发展，人们对大气颗粒物的研究已从早期的总体颗粒物样品分析转到了单颗粒分析。这是因为总体颗粒物样品分析只能代表样品中组分的平均效果，而单颗粒分析能够提供总体颗粒物分析方法无法提供的大量信息；同时，由于单颗粒分析所需样品量可以很少，所以，进行单颗粒分析时，所需样品的采样时间短，这使得对大气颗粒物短期组分变化的测量更精确。此外，单颗粒分析的数据可以作为人为源或自然源的“指纹”能谱，为大气颗粒物的源解析提供重要的依据。基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备在大气颗粒物单颗粒分析中有着独特的优势。因为一般的毛细管X光透镜是没有“坪区”的，但此种没有“坪区”的毛细管X光透镜焦斑处的X射线强度分布是高斯分布，这不适合于对大气颗粒物进行单颗粒分析，这是由于毛细管X光透镜的焦斑直径大于单颗粒的直径，所以利用该谱仪对大气颗粒物进行单颗粒分析时，一个单颗粒的整个体积都浸没在透镜焦斑中，众所周知，即使是大气颗粒物单颗粒，其中的元素分布也是不均匀的，并且其形状也不规则，所以，如果毛细管X光透镜的焦斑处强度分布是不均匀的(如高斯分布)，则得到的单颗粒能谱上特征峰的相对强度因其在焦斑中位置的改变而改变，显然，这种与单颗粒在焦斑中的位置有关的能谱不能称为单颗粒的“指纹”能谱。为了获得真正意义上的大气颗粒物单颗粒“指纹”能谱，照射在单颗粒上X射线束强度分布要尽量均匀，并且功率密度增益要高。利用“坪区”毛细管X射线会聚透镜会聚X射线源可以满足上述要求，现在国际上还没有该类基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备。
发明内容
现有的基于毛细管X射线光学器件的微束X射线分析设备都是采用没有“坪区”的毛细管X射线会聚透镜，这些设备不适合于对大气颗粒物进行单颗粒分析。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，为了保证能够利用基于毛细管X射线光学器件的微束X射线分析设备获得大气颗粒物单颗粒“指纹”能谱，采用基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备来对大气颗粒物进行单颗粒分析。
我们设计的“坪区”毛细管X射线会聚透镜的“坪区”大小在1-60微米范围内，适用于对0.2-40keV范围内X射线进行会聚，“坪区”处X射线强度分布均匀度在2％-6％范围内，“坪区”处功率密度增益的数量级在102-103范围内。
本发明的有益效果是，利用基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备对大气颗粒物进行单颗粒分析，便于快速获得元素特征峰相对强度与单颗粒在“坪区”中位置无关的能谱——单颗粒“指纹”谱。
附图说明
图1是基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备；
图2基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的示意图；
图3是“坪区”毛细管X射线会聚透镜截面图。
具体实施方式
参见图1，基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备有X射线光源1、“坪区”毛细管X射线会聚透镜2、针孔光阑3、样品台4、显微镜5和探测器6组成。X射线光源1发出的X射线经“坪区”毛细管X射线会聚透镜会聚成带有“坪区”的微焦斑，利用针孔光阑3滤掉“坪区”外的X射线，样品在显微镜5监视下放在“坪区”中，探测器6探测来自样品的X射线信号。
参见图2，“坪区”毛细管X射线会聚透镜的入口端直径Din和出口端直径Dout与其最大截面Dmax的直径相比，前者较小；“坪区”毛细管X射线会聚透镜入口焦距f1和出口焦距f2可以相等也可以不等；透镜的长度l根据实验条件而定。
参见图3，构成“坪区”毛细管X射线会聚透镜的单毛细管的直径是不同的，中间单毛细管的直径大，外层单毛细管的直径小，这便于保证“坪区”处具有较高的X射线强度分布均匀度。
下面给出基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备的实例：基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜和转靶X射线源微束X射线分析设备的检测限为20ppm左右，“坪区”毛细管X射线会聚透镜共有289000根单毛细管构成，在沿垂直于透镜中心线的方向截面上，每根毛细管的内径大小不同，在最大横截面上，外层每根毛细管的内径约为4微米，中间每根毛细管的内径约为7微米，在17.4 keV能量点，透镜长度、入口端直径、出口端直径、最大截面直径、入口焦距、出口焦距、“坪区”处X射线强度分布均匀度、“坪区”直径和功率密度增益分别为67mm、5mm、6mm、9mm、78mm、90mm、3.4％、20和1100。

Claims (2)

1.一种用于大气颗粒单颗粒分析的微束X射线荧光设备，包括X射线光源、“坪区”毛细管X射线会聚透镜、针孔光阑、样品台、显微镜和探测器，其特征在于：
所述“坪区”毛细管X射线会聚透镜是利用多毛细管将发散的X射线会聚为带有“坪区”的微焦斑，“坪区”处X射线强度分布均匀度高，且具有较高的功率密度增益；
所述“坪区”毛细管X射线会聚透镜在X射线光源和针孔光阑之间；
所述“坪区”毛细管X射线会聚透镜的入口端直径Din和出口端直径Dout比该“坪区”毛细管X射线会聚透镜最大截面的直径Dmax小；“坪区”毛细管X射线会聚透镜入口焦距f1和出口焦距f2可以相等也可以不等；透镜的长度l根据实验条件而定；
构成所述“坪区”毛细管X射线会聚透镜的单毛细管的直径是不同的，中间单毛细管的直径大，外层单毛细管的直径小；
所述“坪区”毛细管X射线会聚透镜的“坪区”大小在1-60微米范围内，适用于对0.2-40keV范围内X射线进行会聚，“坪区”处X射线强度分布均匀度在2％-6％范围内，“坪区”处功率密度增益的数量级在102-103范围内。
2.根据权利要求1所述的用于大气颗粒单颗粒分析的微束X射线荧光设备，其特征在于：利用基于“坪区”毛细管X射线会聚透镜的微束X射线分析设备对大气颗粒物进行单颗粒分析，便于快速获得元素特征峰相对强度与单颗粒在“坪区”中位置无关的能谱，即单颗粒“指纹”谱。
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