DE2703562A1

DE2703562A1 - Verfahren und einrichtung zur roentgenfluoreszenzanalyse

Info

Publication number: DE2703562A1
Application number: DE19772703562
Authority: DE
Inventors: Emil Jagoutz; Christl Dr Palme
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1977-01-28
Filing date: 1977-01-28
Publication date: 1978-08-03
Also published as: US4121098A

Description

PATENTANWÄLTE DR. DIETER V. BEZOLD DIPL. ING. PETEH SCHÜTZ DIPL. ING. WOLFGANG UEDSLEII MARIA-TnBRKSIA-STItASSB S3

Postfach ββυβαβ D-8OOO MUBNCHEN ββ

28. Januar 1977 9996-76 Dr.ν.B/E

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung

der Wissenschaften e.V. Bunsenstraße 10, 3400 Göttingen

Verfahren und Einrichtung zur Röntgenfluoreszenzanalyse

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Bei den bekannten Röntgenfluoreszenzanlagen wird die Energieverteilung der Röntgenfluoreszenzstrahlung in Abhängigkeit von der Wellenlänge mittels eines Beugungskristalles bestimmt. Der in einem bestimmten, veränderbaren Winkel gebeugte Anteil der Röntgenfluoreszenzstrahlung wird durch einen Röntgenstrahlungsdetektor, z.B. ein Zählrohr, in ein

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elektrisches Impulssignal umgewandelt. Die Impulsverarbeitung erfolgt mittels eines sin θ -Potentiometer und einen anschließenden Einkanal-Impulshöhendiskriminator, Durch das sin θ - Potentiometer werden die Impulse um den Faktor l/sin θ abgeschwächt, so daß die Impulshöhe der charakteristischen Strahlung unabhängig vom Bragg'sehen Beugungswinkel ist und der Ansprechbereich des nachfolgenden Einkanaldiskriminators nicht in Abhängigkeit vom Meßwinkel verstellt zu werden braucht. Man kann auch auf das sin θ - Potentiometer verzichten und dann den Ansprechbereich des Einkanal-Diskriminators entweder von Hand, mechanisch oder mittels eines zur Verarbeitung des Impulssignals eingesetzten programmgesteuerten Rechners verstellen (J.Sei.Inst. 4JL, 15 (1964)).

Die bekannten Röntgenfluoreszenzanlagen haben den Nachteil, daß sich die Untergrundstrahlung nicht von der interessierenden charakteristischen Röntgenfluoreszenzstrahlung trennen läßt. In vielen Fällen läßt sich auch durch sorgfäl- £ tiges Einstellen des Einkanal-Impulshöhendiskriminators keine st? Abtrennung von Kristallfluoreszenzstrahlung, höheren Ordnungen

=2 χ und deren Escape-Spitzen niahfc von der Nutzsignal-Impulsspitze ■ξ ο ^en. Bei fester Einstellung des Einkanal-Impulshöhen- £ diskriminators darf auch in der Anlage keinerlei Drift auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Röntgenfluoreszenzanalyse anzugeben, die eine einwandfreie Abtrennung des Nutzsignals von Störsignalen mit relativ einfachen Mitteln ermöglicht.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren bzw. dem Anspruch 1 gekennzeichnete Einrichtung gelöst.

Die weiteren Ansprüche betreffen Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Einrichtung gemäß der Erfindung.

Mit dem Verfahren bzw. der Einrichtung gemäß der Erfindung ist es möglich, das Nutzsignal einwandfrei von den Störsignalen abzutrennen und insbesondere die Nutzimpulsfläche genau zu ermitteln. Ferner wird der relativ große mechanische Aufwand, der bei Verwendung eines sin θ - Potentiometers erforderlich ist, vermieden und wegen des rein elektronischen Aufbaues wird außerdem eine höhere Zuverlässigkeit erreicht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Röntgenfluoreszenzanalyse gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Schaltbild eines neuartigen Mehrkanal-Impulshöhendiskriminators, der sich besonders für eine Anlage gemäß Fig. 1 eignet;

Fig. 3 ein Beispiel eines Meßergebnisses, wie es die Anlage gemäß Fig. 1 mit einem Diskriminator gemäß Fig. 2 liefert, und

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Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Auswertung eines solchen Veßergebnisses.

Die in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellte Röntgenfluoreszenzanlage kann im Prinzip bekannt aufgebaut sein und eine Röntgenstrahlungsquelle, einen Probenhalter und eine Analysatoreinheit mit einem schwenkbaren Beugungskristall und einem Röntgenstrahlungsdetektor enthalten.

Im Gegensatz zu den bekannten Anlagen ist der Ausgang des schematisch dargestellten Röntgenstrahlungsdetektors 12 nicht mit einem Sin θ - Potentiometer und/oder Einkanal-Impulshöhendiskriminator verbunden, sondern mit einem Mehrkanal-Impulshöhendiskriminator 14, der im folgenden kurz als "Mehrkanaldiskriminator" bezeichnet werden soll und vorzugsweise gemäß Fig. 2 aufgebaut ist.

Das im Mehrkanaldiskriminator 14 ermittelte Meßergebnis kann durch ein Sichtgerät 16 angezeigt und/oder durch einen programmgesteuerten Rechner 18 verarbeitet werden, der auch zur Steuerung des Meßablaufes, also z.B. des Probenwechsels in der Röntgenfluoreszenzanlage 10 und des Funktionsablaufes im Mehrkanaldiskriminator 14 dienen kann.

Wie Fig. 2 zeigt, werden die Impulse vom Ausgang des Röntgendetektor 12 einer Eingangs leitung 20 zugeführt, welche mit den (+)-Eingängen ebenso vieler Differenzverstärker 22a bis 22n verbunden ist, wie der Mehrkanaldiskriminator Kanäle hat. In der Praxis reichen für die vorliegende Anwen-

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dung etwa 20 bis ICX) Kanäle aus. Die subtrahierenden (-)-Eingänge der Differenzverstärker 22a bis 22n sind, wie dargestellt, mit verschiedenen Abgriffen eines Widerstandsspannungsteilers 24 verbunden, so daß an ihnen schrittweise zunehmende Referenzspannungen liegen.

Die Ausgänge der Differenzverstärker 22a bis 22n sind jeweils mit einem Setzeingang S einer zugehörigen bistabilen Flipflop-Schaltung 26a bis 26n verbunden. Die Flipflop-Schaltungen 26a bis 26n sind mit ihrem Q-Ausgang, an dem im gesetzten Zustand ein Signal auftritt, jeweils an einen ersten Eingang eines zugehörigen UND-Gliedes 32a bis 32 η angeschlossen. Ein zweiter Eingang der UND-Glieder 32a bis 32n ist mit einer Obertragungsimpulsleitung 34 gekoppelt. Die UND-Glieder 32a bis 32n-1 haben ferner noch jeweils einen dritten Eingang, der mit einem Q-Ausgang derjenigen Flipflopschaltung, die dem nächsthöheren Abgriff des Spannungsteiler zugeordnet ist, verbunden ist. Das UND-Glied 32a ist z.B. mit seinem dritten Eingang mit dem Q-Ausgang der Flipflop-Schaltung 26b verbunden.

Die Ausgänge der UND-Glieder 32a bis 32n, die als Torschaltungen arbeiten, sind jeweils mit einem zugehörigen Zähler 36a bis 36n gekoppelt. Die Zähler weisen jeweils einen Ausgang 38a bis 38n auf, an denen ein Ausgangssignal für das Sichtgerät 16 oder den Rechner 18 (Fig. 1) zur Verfügung steht.

Die Übertragungsimpulse auf der Leitung 34, die die Obertragung der jeweiligen Signale aus den Flipflop-Schaltungen 26 in die zugehörigen Zähler 36 bewirken, werden durch eine Impulsformungs- und Verzögerungsschaltung 43 aus den Eingangsimpulsen erzeugt. Die Leitung 34 ist ferner über eine Verzögerungsschaltung 42 mit einem Rückstelleingang RS jeder Flipflopschaltung 26a bis 26n verbunden, so daß alle Flipflops wieder auf Null zurückgesetzt werden, nachdem die

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Obertragung der in einer der Flipflopschaltungen gespeicherten Impulse in den zugehörigen Zähler stattgefunden hat.

Der anhand von Fig. 2 beschriebene Vielkanaldiskriminator arbeitet folgendermaßen: Wenn auf der Leitung 20 ein Eingangsimpuls 40 auftritt, steigt das Potential an den (+)-Eingängen der Differenzverstärker 22a bis 22n an. Alle diejenigen Differenzverstärker liefern ein Ausgangssignal, bei denen dieses Potential die Vorspannung am zugehörigen (-)-Eingang des betreffenden Differenzverstärkers übersteigt. Bei dem dargestellten Impuls 40, der eine Amplitude von etwas mehr als 4-2V hat, würden also die Differenzverstärker 22a bis 22d ein Ausgangssignal liefern. Diese Ausgangssignale setzen dann

die zugehörigen Flipflops 26a bis 26d. Unmittelbar anschließend tritt auf der Leitung 34 ein Übertragungsimpuls auf. Dieser kann jedoch nur das UND-Glied (bei dem angenommenen Beispiel das UND-Glied 32d) auftasten, das dem relativ höchsten Abgriff (bei dem angenommenen Beispiel 2V) des Spannungsteilers zugeordnet ist, da die "niedrigeren" UND-Glieder durch das Signal Null am Q-Ausgang der nächsthöheren Flipflopschaltung gesperrt sind und die "höheren" UND-Glieder (bei dem angenommenen Beispiel die auf 32d folgenden UND-Glieder bis zum UND-Glied 32n) gesperrt sind, da der Q-Ausgang der zugehörigen Flipflopschaltung den Wert Null hat. Beim Auftreten des Übertragungsimpulses auf der Leitung wird also nur in einen Zähler (beim angenommenen Beispiel den Zähler 36d) ein Signal übertragen, der Eingangsimpuls wird also in demjenigen Zähler gespeichert, der seiner Amplitude entspricht. Nach der übertragung des Impulses in den zugehörigen Zähler werden die Flipflops 26 durch den von der Verzögerungsschaltung 42 erzeugten verzögerten Impuls zurückgesetzt und die Schaltungsanordnung ist für die Verarbeitung des nächsten Impulses bereit.

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Die Inbetriebsetzung und Rückstellung der Zähler 36 kann unter Steuerung durch den Rechner 18 über eine in Fig. 1 schematisch dargestellte ZählerSteuerleitung erfolgen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das mit einem 20-Kanaldiskriminator aufgenommen wurde. Gemessen wurde die Röntgenfluoreszenzstrahlung des Eisens mit einem LiF-Kristall (200-Ebene) bei einem Beugungswinkel 2Θ= 57,52°.

Fig. 4 zeigt die Möglichkeit einer Auswertung eines solchen Diagrammes. Es ist ersichtlich, daß man die Untergrundstrahlung entsprechend dem Bereich unterhalb der gestrichelten Geraden entweder graphisch oder mittels des Rechners leicht abziehen und die schraffierte Nettoirapulsfläche die dem Nutzsignal entspricht, leicht abziehen kann. Das Diagramm gemäß Fig. 4 zeigt die Aufnahme einer Phosphorlinie P(k), welche mit einem Ge-(111)-Kristall und einem Durchflußzählrohr gemessen wurde. Bei den bekannten Anlagen, die einen Einkanaldiskriminator enthalten, würde das ganze Signal in dem Bereich, der mit "Einkanal" bezeichnet ist, zu einem einzigen Wert zusammengefaßt und angezeigt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung eines Vielkanaldiskriminators läßt sich ein genaues Energieprofil ermitteln und der Störanteil vom Nutzsignal abziehen.

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L e e r s e i t

Claims

Patentansprüche

l) Verfahren zur Röntgenfluoreszenzanalyse, bei welchem eine Röntgenfluoreszenzstrahlung durch einen Beugungskristall in Komponenten unterschiedlicher Wellenlänge zerlegt und die Intensität der durch den Kristall in verschiedene Richtungen gebeugten Komponenten unterschielicher Wellenlänge gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils in eine vorgegebene Richtung gebeugten Röntgenstrahlungskomponenten vorgegebener Wellenlänge zusätzlich einer Energieanalyse unterworfen werden.
2. Einrichtung zur Röntgenfluoreszenzanalyse mit einem Beugungskristlal und einem Detektor zum winkelselektiven Bestimmen der Intensität der vom Kristall in verschiedene Richtungen gebeugten Komponenten unterschiedlicher Wellenlänge der zu analysierenden Röntgenfluoreszezstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Röntgenstrahlungsdetektors (12) mit einem Mehrkanal-Impulshöhendiskriminator (14) gekoppelt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrkanal-Impulshöhendiskriminator (14) für jeden Kanal einen Differenzverstärker (22a bis 22n) enthält; daß die addierenden Eingänge aller Differenzverstärker mit dem Eingang (20) des Mehrkanal-Impulshöhendiskriminators gekoppelt sind; daß den subtrahierenden Eingängen der Differenzverstärker schrittweise größere Vorspannungen entsprechend den Kanalnummern zugeführt sind; daß der Ausgang jedes Differenzverstärkers (22) mit einem Setzeingang (S) einer zugehörigen bistabilen Schaltung (26a bis 26n) gekoppelt ist, "

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daß ein im gesetzten Zustand der bistabilen Schaltung ein Signal führender Q-Ausgang jeder bistabilen Schaltung mit einem ersten Eingang einer Koinzidenzschaltung (32a bis 32n) verbunden ist; daß ein im rückgesetzten Zustand der betreffenden bistabilen Schaltung ein Signal führender Q-Ausgang aller bistabiler Schaltungen (32b bis 32n) mit Ausnahme der dem niedrigsten Abgriff (0,5 V) des Spannungsteilers (24) zugeordneten bistabilen Schaltung (26a) mit einem zweiten Eingang der nächstniedrigen Koinzidenzschaltung gekoppelt ist; daß ein weiterer Eingang jeder Koinzidenzschaltung mit einer Übertragungsimpulsleitung (34) gekoppelt ist, auf der nach dem Setzen mindestens einer Flipflopschaltung durch einen Eingangsimpuls (40) ein Übertragungsimpuls auftritt; daß die Ausgänge der Koinzidenzschaltungen (32a bis 32n) jeweils mit einem Zähler (36a bis 36n) gekoppelt sind; und daß ein Rücksetzeingang (RS) jeder bistabilen Schaltung mit einer Rückstell-Leitung gekoppelt ist, bei der nach übertragung eines Signales von einer bistabilen Schaltung in einen Zähler ein Rücksetzimpuls auftritt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang (20) des Diskriminators über eine Impulsformungs- und Verzögerungsschaltung (43) mit der Übertragungsimpulsleitung (34) gekoppelt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksetzeingänge (RS) der bistabilen Schaltungen über eine Verzögerungsschaltung (42, 43) mit dem Eingang (20) des Impulshöhendiskriminators gekoppelt ist.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Impulsformungs- und -Verzögerungsschaltung (43) über eine weitere Verzögerungsschaltung (42) mit den Rücksetzeingängen (RS) der bistabilen Schaltungen gekoppelt ist.

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