DE4212408C2

DE4212408C2 - Röntgenfluoreszenz-Analysegerät

Info

Publication number: DE4212408C2
Application number: DE4212408A
Authority: DE
Inventors: Masao Mizuta
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1991-05-03
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2012-04-14
Also published as: JP2838172B2; DE4212408A1; JPH04331349A; US5253280A

Description

Die Erfindung betrifft ein Röntgenfluoreszenz-Analysegerät nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ein derartiges Gerät ist aus der US 4,974,244 bekannt.

Wenn Röntgenfluoreszenzanalyse fluider Proben, wie von Flüs sigkeiten oder Pulvern, ausgeführt wird, wird eine Proben zelle mit einem Boden aus einer röntgenstrahldurchlässigen dünnen Folie am Meßort des Röntgenfluoreszenz-Analysegerätes eingesetzt, und sie wird von unten mit Primärröntgenstrahlen bestrahlt, wobei gleichzeitig Fluoreszenzröntgenstrahlen mit einem Röntgenstrahldetektor gemessen werden.

Fig. 5 veranschaulicht grob den Aufbau eines herkömmlichen Röntgenfluoreszenz-Analysegerätes. Auf einer Bank 1 ist ein Drehtisch 4 angeordnet, der den Meßort 2 definiert und auf dem eine Probenzelle 3 plaziert werden kann. Von einer Rönt genröhre 5 wird die Probenzelle 3 von der Unterseite der Meßposition 2 her mit primären Röntgenstrahlen bestrahlt.

Fluoreszenzröntgenstrahlen, wie sie von der Probe durch die primären Röntgenstrahlen erzeugt werden, fallen auf eine Einstrahlfläche 7 eines Röntgenstrahldetektors 6.

Damit die Probenzelle 3 eine Fluidprobe aufnehmen kann und für Röntgenstrahlen durchlässig ist, weist sie einen Aufbau auf, wie er in Fig. 4 dargestellt ist. Zu diesem Aufbau ge hört ein innerer zylindrischer Zellenrahmen aus Kunststoff, wie Polyethylen, oder aus Metall, an dessen Außenseite um laufende Vorsprünge 9, 10 und 11 vorhanden sind.

Eine innere Rahmenabdeckung 12 ist durch Verformen eines weichen Kunststoffilms hergestellt, der dann einen kreisför migen Boden 13, eine diesen umgebende zylindrische Innenwand 14, eine gegenüber dieser umgefaltete zylindrische Außenwand 15 mit einem dazwischenliegenden Raum 17 und ein am freien Ende der Außenwand 15 umlaufendes Flanschteil 16 aufweist. In den durch die Innenwand 14 und die Außenwand 15 gebilde ten Raum 17 kann der Zelleninnenrahmen 8 genau eingesetzt werden. Eine verstärkende Pappplatte 18 ist auf die Rücksei te des Bodens 13 und die Rückseite des Flanschteils 16 ge klebt.

Die röntgenstrahldurchlässige Wand der Zelle wird durch eine Folie aus Mylar (Warenzeichen) oder dergleichen gebildet. Es ist noch ein zylindrischer Zellenaußenrahmen aus Kunststoff, wie Polyethylen, oder aus Metall vorhanden, der einen Außen flansch 21 und einen inneren Vorsprung 22 aufweist.

Um die Probenzelle 3 mit diesen Teilen mit einer Probe zu füllen, wird zunächst der Zelleninnenrahmen 8 in den Raum 17 der inneren Rahmenabdeckung 12 eingesetzt, so daß sie diesen mit der Innenwand 14 und der umgefalteten Außenwand 15 voll abdeckt. Anschließend wird eine Probe in den Raum zwischen dem Boden 13 und der Innenwand 14 der inneren Rahmenabdec kung 12 eingefüllt und dann mit der röntgenstrahldurchlässi gen Folie 19 oben abgedeckt, woraufhin der Zellenaußenrahmen 20 übergeschoben wird, wodurch die röntgenstrahldurchlässige Folie 19 so gespannt wird, daß sie ohne Falten die eine End fläche des Zelleninnenrahmens 8 abdeckt.

Für den Analysevorgang wird die Probenzelle 3 so umgedreht, daß ihre bisherige Oberseite unten liegt, wie in Fig. 5 dar gestellt, sie wird am Meßort 2 eingesetzt, und dann wird eine Probe 23 innerhalb der Probenzelle 3 durch die primären Röntgenstrahlen von der Röntgenröhre durch die röntgen strahldurchlässige Folie 19 hindurch belichtet, und es wird die Fluoreszenzröntgenstrahlung, wie sie von zu analysieren den Elementen in der Probe 23 erzeugt wird, durch den Rönt genstrahldetektor 6 gemessen, der die Strahlintensität der Röntgenstrahlen mißt.

Bei dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Röntgenfluo reszenz-Analysegerät ist die Probenzelle 3 so aufgebaut und so auf den Drehtisch 4 aufgesetzt, daß die röntgenstrahl durchlässige Folie 19 etwas höher liegt als der Unterrand des äußeren Zellenrahmens 20 und damit auch etwas höher liegt als die Oberfläche des Drehtisches 4, auf dem die Zel le mit diesem Zellenaußenrahmen aufgesetzt ist. Dadurch wird, wie in Fig. 5 dargestellt, ein Abstand a zwischen einer Meßfläche A - der Unterseite der röntgenstrahldurch lässigen Folie 19 - und dem Röntgenstrahldetektor 6 gebil det. In bezug auf diesen Abstand a besteht jedoch eine Un sicherheit mit einem Abstand b, bei dem es sich um den Ab stand zwischen der Unterseite der röntgenstrahldurchlässigen Folie 19 und der Unterseite des Zellenaußenrahmens 8 han delt. Dieser Abstand hängt von Verarbeitungsfehlern, Zusam mensetzfehlern und dergleichen ab, so daß der Abstand b und damit auch der Abstand a von Probe zu Probe unterschiedlich sein können.

Diese Änderungen im Abstand a führen zu den folgenden Nach teilen: Die durch Bestrahlen der Probenzelle 3 mit primärer Röntgenstrahlung erzeugten Fluoreszenzröntgenstrahlen werden von Luft absorbiert, so daß ihre Intensität am Detektor 7 bei jeweils gleicher Intensität von der Probe her vom Weg der Strahlung abhängt, den diese durch Luft zurücklegen muß. Dieser Weg ist jedoch den genannten Schwankungen unterwor fen, wodurch Analysefehler entstehen.

Das eben genannte Problem liegt sowohl bei Verwenden der Zelle gemäß Fig. 4 wie auch bei Verwenden der Zelle gemäß Fig. 5 vor, die beide einen inneren Zellenrahmen 8, einen äußeren Zellenrahmen 20 und eine zwischen diesen eingespann te röntgenstrahldurchlässige Folie 19 aufweisen, wobei die Zelle mit dem durch die röntgenstrahldurchlässige Folie 19 verschlossenen Ende nach unten mit dem Zellenaußenrahmen 20 in den Meßort 2 eingesetzt wird, wie in Fig. 5 dargestellt.

Ein weiteres Problem besteht darin, daß bei einem Riß in der röntgenstrahldurchlässigen Folie 19 Probenfluid ausläuft und die Röntgenröhre 5 oder den Röntgenstrahldetektor 6 verunrei nigen oder beschädigen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Röntgenfluores zenz-Analysegerät für fluide Proben anzugeben, bei dem eine Beschädigung oder Verunreinigung der Röntgenröhre bzw. des Röntgenstrahl detektors durch Auslaufen des Probenfluids bei einem Bruch der röntgenstrahldurchlässigen Folie weitgehend vermieden werden kann. Das erfindungsgemäße Röntgenfluoreszenz-Analysegerät zeichnet sich dadurch aus, daß der Probenhalter aus einem Hal terinnenrahmen, einem Halteraußenrahmen und einer röntgen strahldurchlässigen Folie zwischen diesen beiden Rahmen be steht, um eine Endfläche des Halterinnenrahmens abzuschlie ßen.

Durch die zusätzliche röntgenstrahldurchlässige Folie wird zwi schen der Probe und der Röntgenröhre bzw. dem Röntgenstrahl detektor ein weiterer Zwischenraum geschaffen, der bei Bruch der röntgenstrahldurchlässigen Folie der Probenzelle auslau fendes Probenfluid aufnehmen kann.

Da die Zelle mit ihrem inneren Zellenrahmen auf dem Probenhal ter aufsitzt, sitzt zugleich die um den inneren Rahmen gespannte röntgenstrahldurchlässige Folie zusammen mit dem inneren Rahmen immer unmittelbar auf dem Halter auf, wodurch gewähr leistet ist, daß immer derselbe Abstand zwischen der Folie und dem Detektor besteht. Damit ist sichergestellt, daß das Meßergebnis nicht mehr durch unterschiedliche Meßabstände beeinflußt wird.

Vorzugsweise ist am Probenhalter ein Führungsteil vorhanden, das es erlaubt, die Probe genau in den Halter einzusetzen. Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der Probenhalter mitsamt der Probenzelle dem Meßort entnommen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt, der wesentliche Teile einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Röntgenfluoreszenz-Analysegeräts zeigt;

Fig. 2 ist eine Explosionsdarstellung der Teile eines Pro benhalters, wie er im Analysegerät gemäß Fig. 1 verwendet wird.;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung entsprechend der von Fig. 1, jedoch für ein zweites Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 ist eine Explosionsdarstellung einer bekannten Pro benzelle und

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung entsprechend der von Fig. 1, jedoch für ein bekanntes Röntgenfluoreszenz-Ana lysegerät.

In den Fig. 1 bis 3 sind Teile, die mit solchen übereinstim men, wie sie unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 erläutert wurden, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Das Ge rät gemäß Fig. 1 weist eine Probenzelle 24 auf, die abnehm bar am Meßport 2 auf einer Bank 1 angeordnet ist. Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Probenzellenhalters 24.

Der Probenzellenhalter 24 verfügt über einen Halteraußenrah men 25, einen Halterinnenrahmen 26 und eine röntgendurchläs sige Folie 27 zwischen diesen Teilen, wodurch die Unterflä che des Innenrahmens 26 abgeschlossen wird, wie aus Fig. 1 erkennbar. Der Halteraußenrahmen 25 und der Halterinnenrah men 26 sind ringförmig mit Innenräumen 28 bzw. 29 mit je weils gleichem Durchmesser; die Rahmen bestehen beim Ausfüh rungsbeispiel aus Aluminium.

Der Halteraußenrahmen 25 verfügt an seinem Außenumfang über ein hochstehendes Teil 30 gewisser Höhe. Der Außendurchmes ser des Halterinnenrahmens 26 ist etwas kleiner als der In nendurchmesser des hochstehendes Teiles 30, und er weist an seinem Außenumfang ein kreisförmiges Führungsteil 32 auf. Die röntgenstrahldurchlässige Folie 27 ist zwischen das hochstehende Teil 30 und das Führungsteil 32 eingespannt. Am Innenumfang des Führungsteils ist eine schräg stehende Um fangsfläche 31 vorhanden, die sich nach unten hin verengt, um den Außenumfang der Probenzelle 3 zu führen. An seinem Innenumfang weist der ringförmige Halterinnenrahmen 26 einen nach oben stehenden konzentrischen Vorsprung 33 auf.

Was Abmessungen der Teile des Halteraußenrahmens 25 und des Halterinnenrahmens 26 betrifft, ist nur erforderlich, daß, wie in Fig. 1 dargestellt, die Probenzelle 3 so eingesetzt werden kann, daß ihre Unterfläche, genauer gesagt, das unte re Ende des Zelleninnenrahmens 8 auf dem inneren Vorsprung 33 aufsitzt und dabei der Zellenaußenrahmen 20 zwischen dem hochstehenden Teil 31 und dem hochstehenden Vorsprung 33 liegt. Dabei ist der Außendurchmesser des hochstehenden Vor sprungs 33 geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Zellenaußenrahmens 20, so daß der Zelleninnenrahmen 8 hori zontal etwas hin- und hergeschoben werden kann, wobei er je doch dauernd auf dem oberen Ende des kreisförmigen hochste henden Vorsprungs 33 aufsetzt. Vorzugsweise ist das Füh rungsteil 32 etwas höher als der kreisförmige hochstehende Vorsprung 33.

Die röntgenstrahldurchlässige Folie 27 am Halter besteht vorzugsweise aus demselben Material wie die röntgenstrahl durchlässige Folie 19 in der Probenzelle 3. Sie erstreckt sich faltenfrei zwischen dem inneren Rahmen und dem äußeren Rahmen 25, wodurch sie die Innenbereiche 28 und 29 der Rah men des Halters voneinander trennt. Zum Befestigen der Folie 27 wird diese zunächst auf den äußeren Halterrahmen 25 auf gesetzt, wonach der innere Halterrahmen 26 eingesetzt wird.

Zum Ausführen einer Analyse wird der wie vorstehend erläu tert zusammengesetzte Probenhalter am Meßort 2 auf der Bank 1 eingesetzt. Anschließend wird die getrennt in solcher Wei se zusammengesetzte Probenzelle 3, daß sie eine Probe 23 aufnimmt, in solcher Weise in den Meßort 2 eingesetzt, daß die Unterseite ihres Zelleninnenrahmens 8 auf dem oberen En de des kreisförmigen hochstehenden Vorsprungs 33 aufsitzt. Danach wird die Probe 23 durch die röntgenstrahldurchlässige Folie 27 des Zellenhalters 24 und die röntgenstrahldurchläs sige Folie 19 der Probenzelle 3 hindurch mit primärer Rönt genstrahlung von der Röntgenröhre 4 bestrahlt. Die dabei von zu analysierenden Elementen ausgestrahlte Röntgenfluores zenzstrahlung der Probe 23 wird mit Hilfe des Röntgenstrahl detektors 6 erfaßt, der die Intensität der Röntgenstrahlen mißt.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist das Führungsteil 32 am Probenhalter 24 vorhanden, durch das der nach unten überstehende äußere Zellenrahmen 20 so geführt wird, daß die röntgenstrahldurchlässige Folie 19 nicht an irgendwelche vorstehende Teile stößt, wobei sie beschädigt werden könnte. Dadurch wird also gewährleistet, daß die Pro benzelle 3 mit genauer Positionierung und ohne Beschädi gungsgefahr am Meßort angebracht werden kann.

Da die Probenzelle so auf dem Probenhalter 24 aufsitzt, daß das untere Ende ihres inneren Zellenrahmens 8 auf dem oberen Ende des kreisförmigen hochstehenden Vorsprungs 33 aufsitzt, ist der Abstand a zwischen der Meßfläche A der Probe und dem Röntgenstrahldetektor für alle Proben gleich, wodurch der Weg, den die Röntgenfluoreszenzstrahlen durch Luft zurückzu legen haben, für alle Proben gleich ist, so daß hierdurch kein Analysefehler verursacht wird.

Dadurch, daß am Probenhalter 24 die röntgenstrahldurchlässi ge Folie 27 vorhanden ist, werden der Röntgenstrahldetektor 6, die Röntgenröhre 4 und dergleichen vor Beschädigung und Verunreinigung durch etwaig auslaufendes Probenfluid ge schützt, da bei Bruch der röntgenstrahldurchlässigen Folie 19 der Probenzelle der Probenhalter 24 die Probe 23 auf nimmt.

Dadurch, daß der Probenhalter 24 leicht aus dem Meßort 2 der Bank 1 entnommen werden kann und leicht auseinandergebaut und wieder zusammengesetzt werden kann, ist seine Wartung in bezug auf ein Austauschen der röntgenstrahldurchlässigen Fo lie 27 und ein Waschen des Halteraußenrahmens 25 und des Halterinnenrahmens 26 einfach.

Fig. 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Probenhalter 34 ist abnehmbar an einem Meßort 2 einer Bank 1 angeordnet. Dieser Probenhalter 34 verfügt abweichend vom Probenhalter 24 nicht über einen kreisförmi gen hochstehenden Vorsprung 33, weswegen die Probenzelle 3 mit ihrem Zelleninnenrahmen 8 direkt auf einer Oberfläche des Halterinnenrahmens 26 des Halterrahmens 34 aufsitzt. Im übrigen stimmt der Aufbau mit demjenigen des Probenzellen halters 24 überein.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zelle nicht über den äußeren Zellenrahmen geführt, jedoch sind die anderen Abläu fe und Vorteile bei diesem Ausführungsbeispiel dieselben wie beim oben erläuterten. Gemäß der Darstellung erstreckt sich der Zelleninnenrahmen 8 weiter nach unten als der Zellen außenrahmen 20, jedoch können sich auch beide im wesentli chen gleich weit nach unten erstrecken, so daß sie beide auf dem Halterinnenrahmen 26 des Probenzellenhalters 34 aufsit zen, wobei jedoch gewährleistet sein muß, daß der Zellenin nenrahmen 8 immer aufsitzt.

Die Probenzelle 3 muß nicht so aufwendig aufgebaut sein, wie anhand der Fig. 4 und 5 erläutert, sondern es reicht aus, daß sie aus dem Zellenaußenrahmen 20, dem Zelleninnenrahmen 8 und der von diesen aufgespannten röntgenstrahldurchlässi gen Folie 19 besteht. Die Probenhalter 24 und 34 können in einen Drehtisch oder dergleichen integriert sein. Beim Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 1 kann sich der Zelleninnenrah men 8 auch weiter nach unten als oder gleich weit nach unten wie der Zellenaußenrahmen 20 erstrecken.

Claims

1. Röntgenfluoreszenz-Analysegerät mit

1. - einer Röntgenröhre (4) zum Einstrahlen primärer Röntgenstrahlen in ei nen Meßort (2);
2. - einem Röntgenstrahldetektor (6) unterhalb des Meßorts (2) zum Messen von Fluoreszenzröntgenstrahlung, die von einer am Meßort angeordneten Probe (23) abgestrahlt wird;
3. - einer Probenzelle (3) mit einem Zellenaußenrahmen (20), einem Zellenin nenrahmen (8) und einer röntgenstrahldurchlässigen Folie (19) zwischen diesen beiden Rahmen zum Verschließen eines Endes des Zelleninnenrah mens (8) und zum Aufnehmen der Probe (23) im Innenrahmen (8); und mit
4. - einem Probenhalter (24; 34) zum Halten der Probe an dem Meßort (2); wobei der Probenhalter (24; 34) und die Probenzelle (3) so ausgebildet sind, daß die Probenzelle (3) mit ihrem Zelleninnenrahmen (8) auf dem Pro benhalter (24; 34) aufsitzt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (24, 34) aus einem Hal terinnenrahmen (26), einem Halteraußenrahmen (25) und einer röntgen strahldurchlässigen Folie (27) zwischen diesen beiden Rahmen besteht, um eine Endfläche des Halterinnenrahmens (26) abzuschließen.

2. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (24) einen nach oben zeigenden Vor sprung (33) aufweist, auf dem die Probenzelle mit ihrem Zel leninnenrahmen (8) aufsitzt.

3. Analysegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zelleninnenrahmen (8) mindestens so weit nach unten erstreckt wie der Zellenaußenrahmen (20).

4. Analysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein außen am Probenhalter (24; 34) vorhandenes Führungsteil (32), an dessen Innenumfang eine schräg stehende, sich nach unten hin veren gende Umfangsfläche (31) zum Führen der Probenzelle (3) ausgebildet ist.

5. Analysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenhalter (24, 34) dem Meßort (2) entnehmbar ausgebildet ist.