CN203216879U - X射线荧光分析器 - Google Patents

Abstract

一种分析仪器，带有载体以便在该载体上接收有待分析的样品。x射线源用x射线照射在该载体上的样品。检测器检测响应于x射线照射所发射的辐射。外壳包括罩盖，该罩盖在其中该载体被包围的关闭位置和允许进入以便在该载体上放置和移除样品的打开位置之间活动。第一和第二x射线屏蔽窗口由该外壳承载，并且容许当该罩盖在关闭位置时从该分析仪器的相对侧面同时观察在该载体上的样品。在此还披露了多种分析方法。

Description

X射线荧光分析器

技术领域

本发明总体上涉及通过X射线荧光对样品进行分析，例如分析珠宝的含金量或镀金。

背景技术

在许多应用中，希望获得感兴趣样品的分析。所希望的分析可以是定性的、定量的或两者皆有，并可以在样品中具有仅一种或多种元素或化合物。例如，可能希望获得在金属合金样品中存在的一种或多种金属的分析。X射线荧光（“XRF”）是已用于包括金属合金的各种样品的元素分析的技术。XRF分析器通过用x射线照射样品上的点并测量由样品中不同元素所发射的特征x射线的光谱来确定样品的化学性质。x射线的主要来源可以是x射线管或放射性材料例如放射性同位素。术语“x射线”如在此所用包括在约1 keV和约150 keV之间能量的光子，并因此将包括：由已激励原子在其去激励时发射的特征x射线；当电子由原子散射时发射的韧致辐射x射线；分别地一般称为瑞利和康普顿散射辐射的弹性地和非弹性地散射的光子。

当暴露于来自射线源的高能初级x射线时，在样品中存在的每种原子元素产生实质上是该特定元素的指纹的一组独特的特征荧光x射线。x射线荧光分析器通过用x射线照射样品上的点并测量由样品中各种元素所发射的特征x射线的光谱来确定样品的成分。x射线的主要来源可以是x射线管或放射性材料例如放射性同位素。在原子能级，当充足能量的光子击中样品中的原子，将电子逐出原子的一个内轨道层时产生特征荧光x射线。该原子然后几乎立即地恢复稳定性，用来自该原子的一个较高能量（外层）轨道层中的电子填充在内轨道层中留下的空位。过多能量能够以表征原子的两个量子态之间差别的荧光x射线的形式被释放。通过感应和测量由样品中不同元素所发射的宽范围的不同的特征荧光x射线，XRF分析器能够确定在样品中存在的元素，并基于在具体能量发生的荧光x射线的数目计算其相对浓度。XRF分析器及其操作是众所周知的，并包括在美国专利US7875847、US7916834和US7791027中所描述的XRF分析器及其操作中，这些专利通过引用结合在此。

因为需求越来越多，所以金属并特别是黄金的价格一直在加速上涨。在黄金的情况下，由于高需求和伴随的高价格，珠宝市场充斥声称是黄金物体但代替地是赝品的黄铜和镀薄层金的铜制品。相似地，制品可以展现为具有比实际情况更高的元素（例如相似于金的贵金属）百分比。物品（例如珠宝）或其他物品可以销售给例如买家，例如在消费者为获得现金而出售个人珠宝物品的情况下。在交易期间买家可能必须在不容许详细分析的环境中对物品做出非常快速的估计。普遍的情况是例如对于购买表现为足金或足金合金的物品（例如珠宝）的黄金买家，当实际上所购买物品代替地是简单的镀金金属或具有低于所表现的黄金百分比时。这会对购买者造成很大的损失。

实用新型内容

在此提供了一种包括底座的分析仪器，该底座包括在其上接收有待分析的样品的载体。可以存在x射线源以便用x射线照射在该载体上的样品，并且可以存在检测响应于x射线照射被发射的辐射的检测器。可以存在外壳，该外壳可以包括罩盖。该罩盖可以在其中该载体被包围的关闭位置和允许进入以便在该载体上放置和移除样品的打开位置之间活动。第一和第二x射线屏蔽窗口可以由该外壳承载，并且容许当该罩盖在关闭位置时从该分析仪器的相对侧面观察在该载体上的样品。

一种分析方法可以包括当样品由分析仪器包围时用x射线照射该样品，并检测响应于x射线而从该样品发射的辐射。可以通过由该分析仪器承载的第一和第二x射线屏蔽窗口从该分析仪器的相对侧面观察该样品。

本发明的方法可以在本发明的分析仪器上执行。

本发明的实施方案允许在样品（例如珠宝物品）由该仪器包围时，由两个不同的观察者从该分析仪器的两个相对侧面同时观察该物品。具体实施方案促进由两个不同的人（例如卖家和买家）从该仪器的相对侧面、从样品从第一人交给第二人时、在该分析期间、并直到样品被交回第一人时连续观察样品。在这种实施方案中，两人不会错过任何有价值的样品，即使样品在他们之间传递并为了分析而放入该仪器。

附图说明

现在将参考附图描述本发明的实施方案，在附图中：

图1是从带有在关闭位置中的外壳罩盖的根据本发明的实施方案的分析仪器的正向和稍向上位置的透视图。

图2是朝向如在图1中所示出的分析仪器的后侧和左侧的视图。

图2是图1的分析仪器的右侧视图，但其中罩盖在打开位置。

图4是如在图3中所示出的分析仪器的前视图，其中罩盖在打开位置。

图5是从图1的仪器的底座的外壳和上段的前侧、下左侧的视图，其中罩盖在关闭位置。

图6是在从图5的上段分离之后图1的仪器的底座的下段的左侧视图。

图7是展示了本发明的方法的流程图。

相同参考号在不同附图中用来表示相同部分。

具体实施方式

本发明的不同实施方案可以在组合中使用在此所描述的特征中的任意一些中的一个或多个。例如，本发明的分析仪器可以在任何组合中使用在以上和以下关于不同实施方案描述的特征中的任意一个或多个。

外壳的全部或仅一部分可以形成罩盖。在一种安排中，罩盖在载体上面延伸，并从关闭位置向后移动到打开位置。在另一种安排中，罩盖在载体上面延伸，并从关闭位置向上摆动到打开位置。在更进一步的安排中，罩盖从关闭位置向上并向后摆动到打开位置。罩盖可以在罩盖的前侧上承载第一窗口。

分析仪器的任意实施方案可以具有额外地包括承载第二窗口的固定后部件的外壳。罩盖可以连接到固定后部件的上端，以便从关闭位置向上并向后来回摆动到打开位置，罩盖在罩盖的前侧上承载第一窗口。应当理解的是“窗口”的意思是其对可见光透明，从而使得在相对侧面上的人可以通过第一和第二窗口观察。额外地，外壳可以包括一个或多个光源以便照明外壳室的内部区域，以促进通过所述窗口观察样品。

任意实施方案的底座可以包括上段和下段，上段在上侧上包括载体，并且下段附装到上段并以可释放的方式附装，并且下段承载在其上安装的x射线源和检测器。“可释放的”或“可释放的方式”在上下文中指代可以在不导致对任一段的任意损坏的情况下，使用促进分离和重附装的任意安排将下段重复地从上段分离并重附装到上段。例如，螺钉、闩锁或杠杆可以用于该目的。

分析仪器的任意实施方案可以额外地包括控制x射线源并从检测器接收信号的处理器，以及电源。这些器件还可以安装在底座的下段上。任意实施方案的底座可以包括在上侧上承载载体的上段，并且当罩盖在关闭位置时该底座向罩盖的前侧的前面延伸。底座可以额外地包括显示器，例如可以位于罩盖的前侧的前面的朝上的显示器。

指示灯单元可以包括在任何实施方案中。指示灯单元可以是定位为使得可以当罩盖在关闭位置时从分析仪器的相对侧面观察该指示灯单元。指示灯单元可以例如当激发x射线源时由处理器激活。在一种可能的安排中，指示灯单元可以包括邻接外壳的前侧（例如位于外壳的前侧上）的灯具，以及邻接外壳的后侧（例如位于外壳的后侧上）的灯具。

任意实施方案的其他特征可以包括：具有当底座位于水平面上的时候以到垂直面的小于25度的角度（例如不多于15度）定向的第一和第二窗口；底座在任一侧面上包括用户可以通过其抬起分析仪器的向内延伸的凹处；当底座位于水平面上的时候，显示器也以到水平面的小于70度的角度面向前方。如以上所提到，在此所描述的这些或任意特征，可以在本发明的各种实施方案中单独地或在任意组合中一起地使用。额外地，在任意实施方案中的载体可以是在腔室的下侧上的平台，当罩盖在关闭位置时该罩盖在该腔室上方延伸。例如，该平台可以包括在底座的上侧上。

本发明进一步提供了一种可以在分析仪器的一个或多个实施方案中执行的分析方法。这种方法可以包括：在由外壳包围时用x射线照射样品；检测响应于x射线而从样品发射的辐射；以及通过由该外壳承载的第一和第二x射线屏蔽窗口从该分析仪器的相对侧面观察样品。由窗口提供的X射线可以充分防止会对用户有害的从仪器逃离的任意水平的X射线。例如，可以使用含铅玻璃、含铅塑料、含钨玻璃、含钨塑料、或任意其他x射线吸收、透射材料。

当分析方法使用带有活动罩盖的仪器时，实施方案可以包括将罩盖移动到打开位置并放置样品以便由外壳包围，并将罩盖移动到其中样品由外壳包围的关闭位置。在一个实施方案中，罩盖可以从关闭位置向后移动到打开位置，并且从前面位置通过第一窗口和从后面位置通过第二窗口观察样品。应当认识到在任意实施方案中罩盖可以在不同方向上移动。例如，罩盖可以从关闭位置向上并向后摆动到打开位置，或向上和向旁边摆动。在不同实施方案中可以使用罩盖的滑动安排。

在与任意实施方案一起使用的一个安排中，罩盖可以绕到固定后部件的上端的连接向上并向后摆动。在该实施方案中，固定部件可以承载第二窗口，并且罩盖可以承载第一窗口，例如在罩盖的前侧上承载。

如以上所提到，本发明的分析方法可以在这里所描述的分析仪器的一个或多个实施方案上执行。例如，可以从前后侧观察的指示灯单元可以在外壳关闭并且由x射线照射样品时激活。这可以用作对站在仪器的相对侧并且可以同时观察样品的两个不同的人的警告。在另一实例中，在这里描述的分析仪器上执行该方法，其中在观察期间第一和第二窗口还以到垂直面小于25度的角度朝上。可以例如由处理器基于由样品响应于正在照射的x射线所发射的辐射（例如x射线）执行样品的分析。然后可以例如向正在操作分析仪器执行该方法的用户提供指示。该分析将典型地是某些元素例如贵金属（例如，黄金）存在或缺少的分析。然而，本发明的仪器和方法可以对样品执行其他类型的分析。

本发明的分析仪器的任意实施方案可以是或可以不是便携的。“便携的”在上下文中意思是其可以重量小于50 kg、20 kg或10 kg，例如10 kg到50 kg或20 kg到50 kg，并在任意一个尺寸上具有达到500 cm、达到200 cm、达到100 cm、或达到10 cm的尺寸。便携式仪器典型地但不必需地包括连接到外部电源的电力输入（尽管可以提供电池）。

如以上所提到，本发明的方法包括可以由在本申请中所描述的任意设备执行的任意方法。本发明可以进一步包括计算机程序产品，该计算机程序产品运行可以执行本发明的任意方法的计算机程序。计算机程序“产品”是有形的、非暂时性的媒质，其能够以非暂时性的但潜在地临时性的形式承载本发明的计算机程序（例如，磁的、光的或固态的存储器）。

贯穿本申请，以下术语具有所描述意义，除了用法明确相反之外。单词例如“第一”和“第二”不表示任意特别关系，并且仅用来区分相似命名的元素。“向前”、“向后”、“前”和“后”以及相似术语仅在相对意义上使用。“面向”或相似术语指代物体在一个方向上的定向，但其可以在另一方向上具有一些其他程度的定向。特别地，当窗口或显示器“面向”一个方向时，这指代其表面至少部分地在该方向上定向，例如以到在该方向上的轴的90度一般地定向，或其可以同时地在到另一轴的小于约45度的一些角度。“分析（动词或名词）”或相似词语指代鉴别元素、分子或化合物中的一种或多种，或这些特征的相对定位（例如，鉴别镀金）。该鉴别可以是定性的（例如，元素是否存在）或定量的（例如，化合物的存在是“高”或可能地超过预定量，或以所规定量或浓度存在），或两者皆有。“鉴别”指代所展现的信息，并且不需要绝对正确。例如，处理器可以确定元素、分子或化合物可能存在，并且展现结果作为带有或没有结果是不确定的或具有具体程度的确定度（例如，“足金”以90%的确定度存在）的额外信息的“鉴别”。“处理器”是可以完成需要其完成的任务的任意硬件，或硬件和软件组合。例如，处理器可以包括适当编程的通用微处理器，或特定用途集成电路（“ASIC”），并可以包括额外需要的伴随电路。在其中处理器可编程的情况下，其仍可以不编程但仅能够加载所需要的程序，因此处理器可以然后完成所需要的任务。“一种”的意思是单个事物，并且包括多于一个。例如，“检测器”允许一个或多个检测器。“或”的意思是所指定项目的任意一个或多个。例如，当某事物包括“A或B”时，那么它可以包括A或B中的任意一个，或两者皆有。“可以”的意思是任选地。例如，如果本发明的任意实施方案“可以具有特征X”，那么该实施方案或任意实施方案可以实际上包括特征X或不包括特征X。在提到任意量的范围时，该范围具体地描述在该范围内的每个已包括的整个单位值（例如，“不多于15度”具体地描述包括1，2，3，4、…，15度等的值）。在本申请中引证的所有引用都通过引用全部结合在此。然而，在已结合引用中的任意事物与在本申请中所规定的任意事物不一致的情况下，以本申请为准。在本申请中所叙述的任意方法中事件的任意序列的顺序不限于所叙述的顺序。代替地，事件能够以逻辑上可能的任何顺序发生，包括同时发生。

现在参见图1，所示出的分析仪器的实施方案包括带有后部件20和罩盖40的外壳10。罩盖40具有两个相对侧面和一个顶侧，以及承载x射线屏蔽窗口60（例如含铅玻璃）的前侧44。罩盖40连接到固定后部件20的顶端28。后部件20的后侧24承载第二X射线屏蔽窗口64。底座100的上侧包括承载样品可以放置在其上以便分析的载体108的上表面102。载体108由将不遮蔽照射样品或正在从样品接收的X射线的材料制作。例如，载体108可以由kapton 或聚丙烯或不含任意高原子序数元素的另一材料制作。罩盖40的连接容许罩盖40在箭头52的方向上从在图1和2中所示出的关闭位置向上并向后来回摆动到在图3和4中所示出的打开位置。可见当罩盖40在关闭位置时，载体108和在其上的任意样品由仪器（具体地由罩盖40和载体表面102）包围。底座100包括当罩盖40在关闭位置时向罩盖40的前侧44前面延伸的区段120。区段120包括指令和样品鉴别可以在其上向用户示出的朝上的显示器124，并还包括向下凹进的工作区128。提供了照明单元，其包括邻接外壳10的前侧的照明闩锁130和在后侧24上的灯具134。闩锁130还用来支撑在关闭位置的罩盖40，但当由用户按压以释放罩盖40时，导致罩盖40在两个弹簧加载阻尼器138的影响下向上并向后摆动到打开位置。

底座100在每个侧面上包括向内延伸的凹处108，用户可以通过该向内延伸的凹处108抬起分析仪器。底座100还包括在图中示出可以与除罩盖40之外的外壳10一起形成为单片金属件的上段104，尽管上段104和外壳10可以形成为分离件并连接在一起。罩盖40也由相同金属片形成，并且稍后附装到后部件20。应选择外壳10和罩盖40的金属从而防止任意有害水平的X射线逃离。底座100进一步包括以下部件安装到其上的下段140：x射线单元160，其包括X射线管和任意所需要的光学器件以便用x射线照射在载体108上的样品；检测器180，其检测由样品响应于正在照射的x射线所发射的X射线辐射；以及处理器200。处理器200被连接以便在外壳10关闭之后控制X射线单元160的操作从而照射样品，并从检测器180接收表示检测到响应于正在照射X射线的来自样品的辐射的信号。处理器200还在用X射线照射样品期间激活闩锁130和灯具134中的灯具。注意底座100的下段140依靠螺钉或杠杆附装到上段104，因此其可从上段104释放。这容许容易进入以便维护或替换安装在下段140上的电子部件中的任意一个。额外地，下段140可以作为单元发送到远程位置以便维护，并且任选地另一底座140可以在其间容易地附装到上段104。关于X射线单元160，不同的X射线源是众所周知的，例如在US7236568和US7657003中所描述的X射线源。

现在将参见图7描述图1-6的分析仪器的典型操作。这种操作将通常涉及两个人。例如，是珠宝物品卖家的第一人，以及是买家的第二人。买家希望在为物品出价之前获得物品的分析，例如含金量或者其是否镀金。分析仪器将以在图1-4中所示出的方式典型地定位，其中底座100的下侧在桌子或柜台的水平面上，并且其中第一窗口60面向买家的方向，并且第二窗口64面向卖家的方向。注意在该位置，窗口60、64以到垂直面约15度的角度倾斜，以便如将描述促进买家和卖家通过它们观察。买家可以然后将珠宝物品交给在一只手中接收它的买家。由于珠宝物品潜在地非常有价值，因此卖家和买家都希望始终将其保持在视线中。买家用另一只手按下闩锁130，导致罩盖40向上并向后摆动到打开位置，并然后将物品放置到载体108上（图7的步骤300）。买家然后关闭（310）罩盖40，因此闩锁130再次啮合，并且由分析仪器包围该物品，因此买家和卖家都将不暴露于潜在有害水平的X射线。在这点上，处理器200激活（320）X射线单元160，从而用X射线照射物品。由样品响应于正在照射的X射线所发射的X射线由将对应信号引导到处理器200的检测器180检测。处理器200还激活（320）闩锁130和灯具134中的指示灯，因此买家和卖家都被警告正在用X射线照射物品。在处理器200从检测器180接收足够数据的充足时间过去之后，处理器200然后关闭X射线单元160以及灯具130和134。此时买家可以再次按下闩锁130取回物品以便归还卖家。

应当认识到买家能够在用X射线照射物品期间，或在物品在外壳10之内的任意时间通过沿直线300向下并向后观看来观察该物品。相似地，卖家可以通过沿直线304向下并向前观看来同时观察该物品。还应当认识到给定其中罩盖40向上并向后来回摆动的方式，买家和卖家都可以在从物品交给买家直到物品返回卖家的整个交易中同时观看物品。

在罩盖40打开或灯具130、134关闭之后，处理器200基于从检测器180接收的数据执行物品的分析（330）。该分析可以确定例如一种或多种元素（例如黄金）的存在和浓度，或该物品是否为镀金的。该分析还可以确定物品是否镀有一种或多种元素例如黄金。例如在US6765986、US7302034和US5461654中描述了基于XRF的元素分析的方法。该物品可以然后由处理器200鉴别为“足金”、“14K金”、“镀金的”或相似结果，并且该结果在显示器124上向买家提供（340）。

以上详细描述了本发明的具体实施方案。然而，显然所描述实施方案的变化和修改是可能的。例如，应当认识到在此所描述的方法中的操作能够以所描述的顺序或以任意其他顺序执行，或同时执行是逻辑上可能的。在另一变体中，可以安排罩盖40与可能地固定在适当位置的窗口60、64一起向旁边摆动到仪器的剩余部分，或罩盖40可以是滑动罩盖。然而，这些安排允许部件更容易地不对齐，由此允许X射线可能的逃离。因此，本发明不受在此所描述的实施方案的限制。

Claims (16)

1.一种分析仪器，包括：

载体，在该载体上接收有待分析的样品；

x射线源，该x射线源用x射线照射在该载体上的样品；

检测器，该检测器检测响应于x射线照射所发射的辐射；

外壳，该外壳包括罩盖，该罩盖在其中该载体被包围的关闭位置和允许进入以便在该载体上放置和移除样品的打开位置之间活动；以及

第一和第二x射线屏蔽窗口，该第一和第二x射线屏蔽窗口由该外壳承载，并且容许当该罩盖在关闭位置时从该分析仪器的相对侧面同时观察在该载体上的样品。

2.根据权利要求1所述的分析仪器，其中该罩盖在该载体上面延伸，并从关闭位置向后移动到打开位置。

3.根据权利要求1所述的分析仪器，其中该罩盖在该载体上面延伸，并从关闭位置向上摆动到打开位置。

4.根据权利要求3所述的分析仪器，其中该罩盖从关闭位置向上并向后摆动到打开位置。

5.根据权利要求4所述的分析仪器，其中该罩盖在该罩盖的前侧上承载该第一窗口。

6.根据权利要求1所述的分析仪器，其中：

该罩盖额外地包括承载该第二窗口的固定后部件；

并且其中该罩盖连接到该固定后部件的上端，以便从关闭位置向上并向后来回摆动到打开位置，该罩盖在该罩盖的前侧上承载该第一窗口。

7.根据权利要求1所述的分析仪器，额外地包括带有上段和下段的底座，该上段在上侧上包括该载体，并且该下段以可释放的方式附装到该上段，并且该下段承载在其上安装的该x射线源和检测器。

8.根据权利要求7所述的分析仪器，额外地包括包括控制该x射线源并从该检测器接收信号的处理器单元，以及电源，其中该处理器单元和该电源也安装在该底座的该下段上。

9.根据权利要求6所述的分析仪器，额外地包括带有上段的底座，该上段在上侧上包括该载体，并且当该罩盖在关闭位置时该底座向该罩盖的该前侧的前面延伸。

10.根据权利要求9所述的分析仪器，其中该底座额外地包括在该罩盖的该前侧的前面的朝上的显示器。

11.根据权利要求2所述的分析仪器，额外地包括指示灯单元，当罩盖在关闭位置时可以从该分析仪器的相对侧面观察该指示灯单元，其中当激发该x射线源时激活该指示灯单元。

12.根据权利要求11所述的分析仪器，其中该指示灯单元包括邻接该外壳的该前侧的灯具，以及邻接该外壳的该后侧的灯具。

13.根据权利要求2所述的分析仪器，额外地包括带有上段的底座，该上段在上侧上包括该载体，并且其中当该底座位于水平面上的时候该第一和第二窗口以到垂直面的小于25度的角度定向。

14.根据权利要求13所述的分析仪器，其中当该底座位于水平面上的时候到垂直面的角度不大于15度。

15.根据权利要求9所述的分析仪器，其中该底座在任一侧面上包括用户通过其抬起该分析仪器的向内延伸的凹处。

16.根据权利要求9所述的分析仪器，其中当该底座位于水平面上的时候，该显示器也以到水平面的小于70度的角度面向前方。

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