CN114354667A - 一种基于x射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统，先对待测试样品进行测试，得到原始谱图，然后根据原始谱图计算待测试样品中各元素的浓度预估值，最后以浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于基本参数法进行迭代计算，得到待测试样品中各元素的浓度实际值，进而对基本参数法进行优化，为基本参数法提供更加准确的浓度初始值，在基于基本参数法进行迭代计算时所用计算时间大大减少，提高计算效率，且能解决基体效应中吸收增强效应所带来的负面影响的问题，更加精确可靠的提取待测试样品中各个元素的净强度，从而快速、精确的获得元素定量分析结果。

Description

一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统

技术领域

本发明涉及元素定量分析技术领域，特别是涉及一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统。

背景技术

全元素X射线荧光光谱仪在进行光谱分析时，一般是依据元素特征线强度与其在样品中的含量成线性关系来进行元素定量测量，但由于吸收增强效应的存在，导致特征线强度被提高，而自身的特征线强度被降低，使得元素含量与元素荧光谱线的净强度之间呈现非常复杂的非线性关系，X射线谱线会有不同程度的展宽，谱线重叠不可避免。基本参数法能在一定程度上校正基体效应，且已经成为了XRF分析方法中的主流分析方法，但基本参数法计算参数众多且需要多次迭代反算元素含量，计算量巨大，计算时间过长，因此如何优化基本参数法，以缩短计算时间，快速进行元素定量分析是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统，对基本参数法进行优化，快速进行元素定量分析。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法，所述分析方法包括：

对待测试样品进行测试，得到原始谱图；所述原始谱图为所述待测试样品中各元素的荧光强度分布图；

根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值；

以所述浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值。

一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析系统，所述分析系统包括：

测试模块，用于对待测试样品进行测试，得到原始谱图；所述原始谱图为所述待测试样品中各元素的荧光强度分布图；

预估模块，用于根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值；

迭代模块，用于以所述浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明用于提供一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统，先对待测试样品进行测试，得到原始谱图，然后根据原始谱图计算待测试样品中各元素的浓度预估值，最后以浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于基本参数法进行迭代计算，得到待测试样品中各元素的浓度实际值，进而对基本参数法进行优化，为基本参数法提供更加准确的浓度初始值，在基于基本参数法进行迭代计算时所用计算时间大大减少，提高计算效率，且能降低基体效应中吸收增强效应所带来的负面影响，更加精确可靠的提取待测试样品中各个元素的净强度，从而快速、精确的获得元素定量分析结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1所提供的分析方法的方法流程图；

图2为本发明实施例1所提供的原始谱图的示意图；

图3为本发明实施例2所提供的分析系统的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法和系统，在无标样情况下，能够获取更加准确的浓度预估值，进而缩短基本参数法的计算时间，对基本参数法进行优化，解决用现有基本参数法对XRF进行光谱分析时面临的计算量过大、计算时间过长的问题，快速、精确的取得元素定量分析的结果。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例用于提供一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法，如图1所示，所述分析方法包括：

S1：对待测试样品进行测试，得到原始谱图；所述原始谱图为所述待测试样品中各元素的荧光强度分布图；

待测试样品范围广泛，其包括但不限于熔融片系统、氧化物系统(如水泥压片)和元素系统(如合金)等。测试待测试样品中各元素的荧光强度分布，采集到原始谱图，原始谱图为X射线荧光光谱，X射线荧光光谱即为X射线在待测试样品表面发生全反射激发待测试样品时所测量的荧光光谱，原始谱图如图2所示。

在S2之前，本实施例的分析方法还包括：对原始谱图进行平滑处理和背景扣除处理，得到目标谱图，并以目标谱图作为新的原始谱图，再执行S2，能提高后续操作的精度。

S2：根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值；

S2可以包括：

(1)根据原始谱图，以各元素谱峰强度的测试值作为待测试样品中各元素的实测荧光强度；

(2)根据各元素的实测荧光强度计算每一元素对应的基体效应因子；

F_i＝1+∑α_ijC_j+∑∑β_ijkC_jC_k； (1)

式(1)中，F_i为i元素对应的基体效应因子；α_ij和β_ijk均为基础影响系数；α_ij表示由于吸收差别，j元素对i元素的X荧光的吸收和增强的综合效应；β_ijk表示k元素通过j元素对i元素产生的荧光效应；C_j为j元素的浓度；C_k为k元素的浓度。

将C_j和C_k直接使用对应元素的实测荧光强度近似替代，则式(1)可转换为：

F_i＝1+∑α_ijR_j+∑∑β_ijkR_jR_k； (2)

式(2)中，F_i为i元素对应的基体效应因子；α_ij表示由于吸收差别，j元素对i元素的X荧光的吸收和增强的综合效应；R_j为元素j的实测荧光强度；β_ijk表示k元素通过j元素对i元素产生的荧光效应；R_k为元素k的实测荧光强度。

式(3)中，S_ij为j元素激发i元素产生的二次荧光的强度；I_i为i元素的荧光强度之和。

I_i＝P_i+S_ij+T_ijk； (4)

式(4)中，P_i为i元素的初次X荧光强度；T_ijk为k元素通过j元素激发i元素的三次X荧光的强度。

将利用式(3)和式(5)计算得到的基础影响系数代入式(2)中对基体效应因子进行修正，得到每一元素对应的基体效应因子。F_i为1时，代表无基体效应存在。

(3)对于每一元素，根据元素的实测荧光强度和基体效应因子计算元素对应的浓度预估值，得到待测试样品中各元素的浓度预估值。

建立X射线荧光强度与浓度的关系，由于基体效应使得荧光强度对浓度的偏离影响不可忽略，则荧光强度、浓度和基体效应因子三者之间的关系为：

C_i＝R_iF_i；i＝1，2...，N (6)

式(6)中，C_i为i元素的浓度预估值；R_i为i元素的实测荧光强度；N为待测试样品中的元素的个数。

利用式(6)，在确定各元素的实测荧光强度R_i后，只要求出基体效应因子F_i就能求得各元素的浓度预估值C_i，具体以元素的实测荧光强度和基体效应因子的乘积作为元素对应的浓度预估值。此时，计算得到的浓度预估值作为理论值，在S3中作为基本参数法的浓度初始值进行计算，来代替原本的基本参数法中直接使用相对强度来计算浓度初始值的方式，得到的浓度初始值更为准确，更接近于浓度实际值，使得后续使用基本参数法进行循环迭代时，迭代次数大大减小，对基本参数法进行优化，能够提高计算效率。

S3：以浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值。

S3可以包括：

(1)以元素的浓度预估值作为元素的浓度初始值；

(2)对于每一元素，根据元素的浓度初始值计算元素的理论荧光强度；

式(7)中，

为第k次迭代时i元素的理论荧光强度；

为第k次迭代时i元素的浓度初始值。

(3)根据理论荧光强度计算元素对应的基体效应因子近似值；

式(8)中，

为第k次迭代时i元素对应的基体效应因子近似值。

(4)根据基体效应因子近似值计算元素的浓度计算值，得到待测样品中各元素的浓度计算值；

式(9)中，

为第k次迭代时i元素的浓度计算值；

为i元素的实测荧光强度。

(5)判断是否达到迭代终止条件；迭代终止条件可为待测样品中各元素的理论荧光强度与实测荧光强度的差值均小于预设误差值。

(6)若是，则以待测样品中各元素的浓度计算值作为待测样品中各元素的浓度实际值，结束迭代；即当各元素的特征X射线的理论荧光强度与实测荧光强度的差别小于某一个设定值时，迭代结束，输出此时得到的待测样品中各元素的浓度实际值，得到未知样品中元素含量的定量结果。

(7)若否，则以待测样品中各元素的浓度计算值作为待测样品中各元素的浓度初始值，返回“对于每一元素，根据元素的浓度初始值计算元素的理论荧光强度”的步骤，继续迭代。即根据理论荧光强度与实测荧光强度的差别，量调各元素的浓度初始值，重新计算更新

使其计算的结果更接近于实测荧光强度

也更加接近实际样品的基体效应因子。

由于吸收增强效应的存在，元素含量与元素荧光谱线的净强度之间呈现非常复杂的非线性关系，原本的基本参数法仍然简单利用元素含量和强度之间的线性关系进行浓度初始值的预估，这会令浓度初始值与实际值偏离过多，使得由理论值向实测值逼近的过程更繁琐，迭代次数更多。本实施例使用通过基体效应因子修正后的浓度预估值作为浓度初始值，改进浓度初始值的计算方法，使得获取的浓度初始值更加精确，可大大减少迭代次数，提高基本参数法的计算速度。

本实施例提出的分析方法，在无标样情况下，通过全新的方法获取各元素的浓度预估值，利用该浓度预估值来取代原本的基本参数法中简单利用元素含量和强度之间的线性关系进行初值预估的方式所得到的浓度预估值，作为基本参数法的浓度初始值，使得浓度初始值更加准确，来解决现在常用的基本参数法在对XRF进行光谱分析时面临的计算量过大、计算时间过长的问题，在减少了大量多种参数的重复迭代计算的同时降低基体效应给元素定量分析带来的负面影响，使得元素定量分析的效率和精确度都得到大幅度优化。

实施例2：

本实施例用于提供一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析系统，如图3所示，所述分析系统包括：

测试模块M1，用于对待测试样品进行测试，得到原始谱图；所述原始谱图为所述待测试样品中各元素的荧光强度分布图；

预估模块M2，用于根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值；

迭代模块M3，用于以所述浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值。

具体的，预估模块具体包括：

确定单元，用于根据所述原始谱图确定所述待测试样品中各元素的实测荧光强度；

基体效应因子计算单元，用于根据所述各元素的实测荧光强度计算每一所述元素对应的基体效应因子；

浓度预估单元，用于对于每一所述元素，根据所述元素的实测荧光强度和所述基体效应因子计算所述元素对应的浓度预估值，得到所述待测试样品中各元素的浓度预估值。

在进行X射线荧光检测时，为解决基体效应中吸收增强效应所带来负面的影响，一般常用基本参数法进行分析，但现有常用的基本参数法繁杂、计算量庞大且计算结果不够准确。为解决这一问题，本实施例的分析系统通过改进浓度预估值的计算方法对基本参数法进行优化，将该浓度预估值的计算方法来取代简单利用元素含量和强度之间的线性关系进行初值预估的方式，使得初始预估值更加准确，减少了大量多种参数的重复迭代计算次数，也能更精确可靠的提取待测样品包含的各个元素净强度，从而有能力获得更精确的定量分析结果。

本说明书中每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析方法，其特征在于，所述分析方法包括：

对待测试样品进行测试，得到原始谱图；所述原始谱图为所述待测试样品中各元素的荧光强度分布图；

根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值；

以所述浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述待测试样品包括熔融片系统、氧化物系统和元素系统。

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值之前，所述分析方法还包括：对所述原始谱图进行平滑处理和背景扣除处理，得到目标谱图，并以所述目标谱图作为新的原始谱图。

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值具体包括：

根据所述原始谱图确定所述待测试样品中各元素的实测荧光强度；

根据所述各元素的实测荧光强度计算每一所述元素对应的基体效应因子；

对于每一所述元素，根据所述元素的实测荧光强度和所述基体效应因子计算所述元素对应的浓度预估值，得到所述待测试样品中各元素的浓度预估值。

5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述各元素的实测荧光强度计算每一所述元素对应的基体效应因子具体包括：

F_i＝1+∑α_ijR_j+∑∑β_ijkR_jR_k；

其中，F_i为i元素对应的基体效应因子；α_ij表示由于吸收差别，j元素对i元素的X荧光的吸收和增强的综合效应；R_j为元素j的实测荧光强度；β_ijk表示k元素通过j元素对i元素产生的荧光效应；R_k为元素k的实测荧光强度。

6.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述元素的实测荧光强度和所述基体效应因子计算所述元素对应的浓度预估值具体包括：

以所述元素的实测荧光强度和所述基体效应因子的乘积作为所述元素对应的浓度预估值。

7.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述以所述浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值具体包括：

以所述元素的浓度预估值作为所述元素的浓度初始值；

对于每一所述元素，根据所述元素的浓度初始值计算所述元素的理论荧光强度；

根据所述理论荧光强度计算所述元素对应的基体效应因子近似值；

根据所述基体效应因子近似值计算所述元素的浓度计算值，得到所述待测样品中各元素的浓度计算值；

判断是否达到迭代终止条件；

若是，则以所述待测样品中各元素的浓度计算值作为所述待测样品中各元素的浓度实际值，结束迭代；

若否，则以所述待测样品中各元素的浓度计算值作为所述待测样品中各元素的浓度初始值，返回“对于每一所述元素，根据所述元素的浓度初始值计算所述元素的理论荧光强度”的步骤，继续迭代。

8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，所述迭代终止条件为所述待测样品中各元素的理论荧光强度与实测荧光强度的差值均小于预设误差值。

9.一种基于X射线荧光光谱的元素定量分析系统，其特征在于，所述分析系统包括：

测试模块，用于对待测试样品进行测试，得到原始谱图；所述原始谱图为所述待测试样品中各元素的荧光强度分布图；

预估模块，用于根据所述原始谱图计算所述待测试样品中各元素的浓度预估值；

迭代模块，用于以所述浓度预估值作为基本参数法的浓度初始值，基于所述基本参数法进行迭代计算，得到所述待测试样品中各元素的浓度实际值。

10.根据权利要求9所述的分析系统，其特征在于，所述预估模块具体包括：

确定单元，用于根据所述原始谱图确定所述待测试样品中各元素的实测荧光强度；

基体效应因子计算单元，用于根据所述各元素的实测荧光强度计算每一所述元素对应的基体效应因子；

浓度预估单元，用于对于每一所述元素，根据所述元素的实测荧光强度和所述基体效应因子计算所述元素对应的浓度预估值，得到所述待测试样品中各元素的浓度预估值。

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