CN205352974U - 用于测量元素含量的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种用于测量元素含量的设备，该设备包括：第一探头，所述第一探头设置有原级X射线发生装置；第二探头，所述第二探头设置有特征X射线检测装置；屏蔽-准直装置，所述屏蔽-准直装置分别与所述第一探头、所述第二探头相连；以及分析装置，所述分析装置与所述第二探头相连。该设备采用可调节的插入式探头，探头可直接插入待测物体中，实现对待测物体，尤其对土壤等松散介质中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度进行有效测量和分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量领域，具体的，本实用新型涉及用于测量元素含量的设备，更具体的，本实用新型涉及测量松散介质中不同位置/深度处元素含量的设备。
背景技术
X射线荧光分析又称X射线次级发射光谱分析，是利用原级X射线光子或其它微观粒子激发待测物质中的原子，使之产生次级的特征X射线(X光荧光)而进行物质成分分析和化学态研究的方法。
在物质成分分析工作中，尤其是当分析工作所关注的元素在介质中分布不均匀时，不仅需要掌握介质表面/表层中关注元素的种类及浓度，通常还需要知道介质内部关注元素的种类和浓度。对于现有的X射线荧光分析仪器，无论是台式，还是便携式分析仪，在对介质内部/表面下介质中关注元素的浓度进行分析时，均需要采集样品。当待分析样品体积较大或数量较多时，工作量大且耗时长。
因此，X射线荧光分析仪器仍有待进一步改进。
发明内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种可以插入松散介质中，实现对土壤、砂土、矿砂等松散介质中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度进行测量和分析的X射线荧光分析设备。
在本实用新型中，本实用新型提出了一种用于测量元素含量的设备。具体的，该设备包括：第一探头，所述第一探头设置有原级X射线发生装置；第二探头，所述第二探头设置有特征X射线检测装置；屏蔽-准直装置，所述屏蔽-准直装置分别与所述第一探头、所述第二探头相连；以及分析装置，所述分析装置与所述第二探头相连。该设备采用可调节的插入式探头，探头可直接插入待测物体中，实现对待测物体，尤其是松散介质中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度有效测量和分析。
在本实用新型中，所述第一探头和所述第二探头被设置为适于插入疏松介质中。该用于测量元素含量的设备可实现对松散介质中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度进行有效测量和分析。
在本实用新型中，所述疏松介质为土壤。该用于测量元素含量的设备可实现对土壤介质中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度进行有效测量和分析。
在本实用新型中，所述原级X射线发生装置为X射线放射源、X射线发生器的至少之一。该原级X射线发生装置插入待测物体的深度可根据实际需要探测的位置进行控制，原级X射线发生装置激发待测物体，使其产生特征X射线，进而实现对所需探测位置处的微量元素的浓度进行更有效的测量和分析。
在本实用新型中，所述特征X射线检测装置为Si-Pin探测器、SDD探测器的至少之一。特征X射线检测装置插入待测物体的深度可根据实际需要探测的位置进行控制，特征X射线检测装置测量待测物体产生的特征X射线，进而实现对所需探测位置处的微量元素的浓度进行更有效的测量和分析。
在本实用新型中，上述用于测量元素含量的设备进一步包括准直孔，所述准直孔设置在所述屏蔽-准直装置上。其仅允许关注位置区域中的特征X射线的通过，进而可屏蔽关注位置以外区域中的辐射对X射线探测器的干扰。准直孔可进一步提高本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备对目标探测位置处的微量元素浓度的有效测量和分析。
在本实用新型中，上述用于测量元素含量的设备进一步包括：壳体，其中，所述原级X射线发生装置、所述特征X射线检测装置、所述屏蔽-准直装置设置在所述壳体中。壳体可以对原级X射线发生装置、特征X射线检测装置、屏蔽-准直装置进行保护，延长本实用新型实施例的设备的使用寿命。另外，该壳体上具体设置有准直孔，所述壳体上的准直孔和所述屏闭-准直装置上的准直孔一起，可进一步屏蔽关注位置以外区域中的辐射对X射线探测器的干扰，进而可进一步提高本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备对目标探测位置处的微量元素浓度的有效测量和分析。
在本实用新型中，上述用于测量元素含量的设备进一步包括：电源，所述电源分别与所述第一探头、第二探头和所述分析装置相连。第一探头、第二探头和分析装置的运行借助电力，且第一探头、第二探头和分析装置分别与电源相连，可实现第一探头、第二探头和分析装置的电路并联，彼此不互相干扰，进一步提高了对目标探测位置处的微量元素浓度的准确测量。
在本实用新型中，上述用于测量元素含量的设备进一步包括：数据线，所述数据线分别连接所述分析装置与所述第二探头。数据线可将第二探头探测到的待测物体的特征X射线数据高保真且高效地传递到分析装置，进而分析装置可根据特征X射线的特征能量谱数据，如特征峰高的数值，来分析目标探测位置处的微量元素的浓度。
附图说明
图1是根据本实用新型一个实施例的用于测量元素含量的设备的结构示意图；
图2是根据本实用新型另一个实施例的用于测量元素含量的设备的结构示意图；
图3是根据本实用新型另一个实施例的用于测量元素含量的设备的结构示意图；
图4是根据本实用新型另一个实施例的用于测量元素含量的设备的结构示意图；
图5是根据本实用新型另一个实施例的用于测量元素含量的设备的结构示意图；以及
图6是根据本实用新型另一个实施例的利用本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备测量元素含量的方法流程图。
附图标记：
100：第一探头
200：第二探头
300：屏蔽-准直装置
400：分析装置
310：准直孔
500：壳体
600：电源
700：数据线
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，本实用新型提出了一种用于测量元素含量的设备。根据本实用新型的实施例，参考图1，该用于测量元素含量的设备包括：第一探头100、第二探头200、屏蔽-准直装置300和分析装置400，其中，第一探头100设置有原级X射线发生装置；第二探头200设置有特征X射线检测装置；屏蔽-准直装置300分别与第一探头100、第二探头200相连；分析装置400与第二探头200相连。由此，该设备采用可调节的插入式探头，探头可直接插入待测物体中，实现对待测物体尤其是松散介质中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度有效测量和分析。
根据本实用新型的实施例，第一探头100和第二探头200适于插入疏松介质中，即待测的物体适为疏松介质。另外根据本实用新型的实施例，疏松介质可以为土壤、砂土、矿砂等松散介质，优选土壤。因此，本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备可实现对土壤、砂土、矿砂等，优选土壤的中不同位置/深度处的Ca、K、Au、U、Am等微量元素的浓度进行有效测量和分析。
根据本实用新型的具体实施例，屏蔽-准直装置300的高度可根据需要探测的目标位置进行调整。进而可以测量不同深度处的元素含量。
另外，根据本实用新型的具体实施例，原级X射线发生装置的类型不受特别限制，如本实用新型实施例所采用的X射线放射源或X射线发生器。另外，特征X射线检测装置的类型也不受特别限制，如本实用新型实施例中所采用的Si-Pin探测器或SDD探测器。根据本实用新型的具体实施例，本实用新型实施例所采用的原级X射线发生装置和特征X射线检测装置插入待测物体的深度可根据实际需要探测的位置进行控制，同时也可配合调节设备中的屏蔽-准直装置300的高度，使本实所用新型实施例的设备处于最适激发待测物体和最适探测待测物体所发出的特征X射线的位置，另外，根据本实用新型的另一个具体实施例，原级X射线发生装置和特征X射线检测装置的插入方式可采用人工插入、机械插入或随钻插入，原级X射线发生装置激发待测物体，使其产生特征X射线；特征X射线检测装置测量待测物体产生的特征X射线，进而实现对所需探测位置处的微量元素的浓度进行更有效的测量和分析。
根据本实用新型的实施例，参考图2，该用于测量元素含量的设备还可以进一步包括准直孔310，所述准直孔设置在屏蔽-准直装置300上。准直孔310仅允许关注位置区域中的特征X射线的通过，进而可屏蔽关注位置以外区域中的辐射对X射线探测器的干扰。准直孔310的直径大小与本实用新型实施例的设备的测量敏感度密切相关，直径越小，本实用新型实施例的设备敏感性越高，具体的，敏感度是指对关注位置的敏感度。准直孔310可进一步提高本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备对目标探测位置处的微量元素浓度的有效测量和分析。
根据本实用新型的实施例，参考图3，该用于测量元素含量的设备也可以进一步包括：壳体500，其中，原级X射线发生装置、特征X射线检测装置、屏蔽-准直装置设置在壳体500中。壳体500可以对原级X射线发生装置、特征X射线检测装置、屏蔽-准直装置300进行保护，从而延长了本实用新型实施例的设备的使用寿命。另外，根据本实用新型的具体实施例，壳体500上设置有准直孔，壳体上的准直孔和屏闭-准直装置300上的准直孔310一起，可进一步屏蔽关注位置以外区域中的辐射对X射线探测器的干扰，进而可进一步提高本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备对目标探测位置处的微量元素浓度的有效测量和分析。
根据本实用新型的实施例，参考图4，该用于测量元素含量的设备还可以进一步包括：电源600，电源600分别与所述第一探头100、第二探头200和分析装置400相连。本实用新型实施例的用于测量元素含量的设备的第一探头100、第二探头200和分析装置400的运行借助电力，且第一探头100、第二探头200和分析装置400分别与电源600相连，可实现第一探头100、第二探头200和分析装置400的电路并联，彼此不互相干扰，进一步提高了对目标探测位置处的微量元素浓度的准确测量。
根据本实用新型的实施例，参考图5，该用于测量元素含量的设备进一步包括：数据线700，数据线700分别连接分析装置400与第二探头200。数据线700可将第二探头200探测到的待测物体的特征X射线数据传递到分析装置400。根据本实用新型的具体实施例，分析装置400可根据特征X射线的特征能量谱数据，如特征峰高的数值，来分析目标探测位置处的微量元素的浓度
为了方便理解，参考图6，根据本实用新型的一个实施例，下面对利用本实用新型用于测量元素含量的设备测量元素含量的方法进行描述：
S100：插入探头
将插入待测物体中，可选择采用人工插入、机械插入或随钻插入等多种方式，待测物体为土壤、砂土、矿砂等松散介质；
S200：调节
调节第一探头100和第二探头200插入到待测物体的深度或调节屏蔽-准备装置300的位置；
S300：激发
原级X射线发生装置激发待测物体，使其产生特征X射线；
S400：测量
用X射线检测装置测量待测物体产生的特征X射线；
S500：分析
对测量得到的特征X射线能量谱数据，如特征峰高的数值，进行分析，从而获得待测物体中元素的成分和浓度。
下面通过具体实施例对本实用新型进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本实用新型的范围。
实施例
场景：
调查某重金属污染区中重金属的深度分布情况，给出土壤中5cm～50cm不同深度处重金属的种类和含量。
测量过程：
1、测量前的准备工作。在本实施例中，为准确给出测量对象中元素的种类和含量结果，在测量前已完成测量设备的效率和能量刻度工作；
2、将封装有第一探头100、第二探头200和屏蔽-准直装置300的测量设备插入土壤中。在本实施例中，第一探头和第二探头的有效区域与屏蔽-准直装置的准直孔处于同一水平位置，且三者相对位置固定不变；准直孔直径为0.5cm；插入方式采用人工插入。
3、调节测量设备插入土壤中的深度。本实施例中，第一个测量深度为5cm；插入深度是指准直孔中心与地表的距离；插入深度根据测量设备封装壳体外的刻度标尺进行人工调节。
4、激发测量对象。本实施例中采用放射源激发方式，即第一探头中封装241Am放射源，通过其自发衰变发射的γ射线激发测量对象使其发射特征X射线。
5、测量特征X射线。在本实施例中，采用SDD探测器测量特征X射线，并对探测器配备信号放大器和多道分析器。
6、依次调节插入深度为10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm、50cm，对每一深度重复上述的第3～5步。
7、结果分析，对每一深度处探测器测量得到的特征X射线能谱进行分析。在本实施例中，首先对测量能谱与关注元素的标准特征X射线谱进行比较，获得测量对象中所包含的关注元素种类，然后对每一关注元素计算测量谱中对应的特征X射线峰计数，并根据本实例中第一步给出的效率刻度结果计算该元素含量；采用标准的不确定度分析方法，对测量结果的不确定度进行分析。
测量结果：
采用本实施例中的测量过程，可以得到该重金属污染区土壤中5～50cm每隔5cm处关注重金属的种类和含量；对不同深度处某一关注元素的含量进行作图，可获得该元素在土壤中的深度分布情况及分布趋势。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种用于测量元素含量的设备，其特征在于，包括：
第一探头，所述第一探头设置有原级X射线发生装置；
第二探头，所述第二探头设置有特征X射线检测装置；
屏蔽-准直装置，所述屏蔽-准直装置分别与所述第一探头、所述第二探头相连；以及
分析装置，所述分析装置与所述第二探头相连。
2.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，所述第一探头和所述第二探头被设置为适于插入疏松介质中。
3.根据权利要求2所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，所述疏松介质为土壤。
4.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，所述原级X射线发生装置为X射线放射源、X射线发生器的至少之一。
5.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，所述特征X射线检测装置为Si-Pin探测器、SDD探测器的至少之一。
6.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，进一步包括准直孔，所述准直孔设置在所述屏蔽-准直装置上。
7.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，进一步包括：
壳体，
其中，所述原级X射线发生装置、所述特征X射线检测装置、所述屏蔽-准直装置设置在所述壳体中。
8.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，进一步包括：
电源，所述电源分别与所述第一探头、第二探头和所述分析装置相连。
9.根据权利要求1所述的用于测量元素含量的设备，其特征在于，进一步包括：
数据线，所述数据线分别连接所述分析装置与所述第二探头。
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