TWI763711B - 控制ｘｒｆ系統之控制系統、偵測樣品之ｘｒｆ系統及樣品鑑定方法 - Google Patents

控制ｘｒｆ系統之控制系統、偵測樣品之ｘｒｆ系統及樣品鑑定方法

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Abstract

本發明提供一種控制系統及方法，用於控制偵測樣品所載有的至少一 材料(例如樣品帶有的至少一標誌)之X射線螢光(XRF)系統的操作。該控制系統包含：數據輸入工具，用於接收包含關於該至少一材料/標誌之材料/標誌相關數據的輸入數據；及數據處理器和分析器工具。該數據處理器和分析器工具係配置並可操作成分析該輸入數據及判定該XRF系統的最佳幾何特徵，而用於：最佳化該XRF系統的操作條件以使到達樣品的預定區域且被該區域之體積吸收之初級X射線輻射的量最大化，並使發射自該區域、到達該XRF系統的偵測器之次級輻射的一部分最大化；及對該XRF系統產生允許該XRF系統之幾何特徵的調整之操作數據。

Description

控制XRF系統之控制系統、偵測樣品之XRF系統及樣品鑑定 方法
本發明整體上係在X射線螢光(XRF)技術的領域中，且關於一種XRF的系統及方法。
X射線螢光(XRF)系統係廣泛用於分析樣品的化學成分。XRF系統的操作原理係基於將樣品曝露於來自X射線源的高能初級輻射，從而產生來自被偵測及分析之樣品的X射線螢光響應。樣品的各原子元素產生其獨特的指紋，即一組獨特的特徵螢光X射線。X射線螢光分析儀分析由樣品中不同元素發射之特徵X射線的光譜並判定該樣品的化學組成。
大多數現今使用的XRF系統通常分為兩類：能量色散(Energy Dispersive，ED)及波長色散(Wavelength Dispersive，WD)光譜儀。這兩類的系統使用包含X射線源、光學元件及偵測器之諸多XRF工具裝置的配置。
本發明提供一種用於測量樣品中諸多材料之濃度的新穎XRF系統/分析儀。本發明的XRF系統對於測量內嵌於樣品中/由樣品帶有之一或更多標誌的材料組成(材料濃度)係特別有用的。這樣的標誌可位在樣品的至少一區域內(例如施加至樣品的表面，例如在樣品表面上形成膜/塗層的多層結構)。
XRF系統可配置為小尺寸(可攜式)裝置，例如：包含X射線及/或γ射線源(例如X射線管)、X射線偵測器、及可能還有輻射引導光學元件(例如準直儀)的手持裝置。在本發明的一些實施例中，系統係配置為能量色散型XRF系統。
根據本發明，選擇XRF系統的幾何特徵以改善/最佳化系統效能，其對於「讀取」樣品表面上的材料組成係特別重要的。XRF系統的此等幾何特徵可包含下列一或更多者：自X射線源至樣品之預定表面區域(即，標誌預期所在的表面區域)之距離；自此表面區域至偵測器(偵測平面)的距離；照射通道的角度定向(在自X射線源傳播的初級X射線光束(初級光束傳播軸)與樣品表面之間的角度)；及收集/偵測通道的角度定向(在來自樣品(次級光束軸)朝偵測器的次級X射線輻射與樣品表面之間的角度)。
上述系統的參數/特性之調整可根據待測量的標誌材料之類型、及將標誌施加或嵌入樣品的方式/方法而執行。
本發明之可攜式XRF系統的配置係基於發明人對以下者的理解。限制小尺寸/可攜式XRF系統且特別是電池操控的XRF系統之效率和準確性之主要因素之一是其有限的功率，該有限的功率決定自XRF系統的輻射發射器(即，X射線管)發射之在任何給定波長處之輻射的強度。因此，在激發樣品及濃度被測量的特定材料(例如標誌材料)上及在偵測自樣品到達的次級輻射上實現高效率係非常重要的。即，目標係(i)最佳化/最大化到達樣品且被樣品吸 收、且特別是藉由待測量之元件/標誌吸收之輻射的部分/分率之初級X射線輻射的量，及(ii)最佳化/最大化自測量元件發射之到達偵測器之次級輻射的部分(響應自光源入射之輻射而發射的輻射)。
應理解考慮使用用於讀取樣品所載有標誌結構的XRF系統，使到達該樣品且被該樣品吸收之初級X射線輻射的量最大化，應使得該初級輻射盡可能地被局限於該樣品上之表面區域的期望體積(即，標誌存在或預期存在的積積)。藉此，增加樣品表面上該體積吸收初級輻射的可能性，並減少該初級輻射穿過該表面區域之該體積進入樣品主體的可能性。
在本發明的XRF系統中，調整來源-樣品-偵測器的幾何以便最佳化上述因素(i)及(ii)。具有相對於樣品平面的X射線源及偵測器之最佳化幾何設定之本發明的如此可攜式XRF系統/分析儀，增加照射及偵測過程的效率，並因此提高識別/認證結果的準確性。
因此，本發明在其一實施態樣中提供一種用於控制在樣品上進行測量之XRF系統之操作條件的控制系統。該控制系統通常包含數據輸入和輸出工具(軟體/硬體)、記憶體工具、及數據處理器和分析器模組的電腦系統。該數據處理器和分析器模組係預先編程，用於接收包含關於待測量之標誌的標誌相關數據的輸入數據、處理接收之輸入數據以決定XRF系統的最佳幾何特徵，該XRF系統定義用於測量標誌之系統的最佳操作條件並產生用於調整該XRF系統之幾何特徵的相應輸出數據。
標誌相關數據可包含樣品上標誌的位置、及/或標誌位置之表面區域的橫向尺寸、及/或定義待測量之體積之標誌結構的厚度。如上所述，可調整的幾何特徵/參數包含以下一或更多者：X射線源與樣品平面之間的距離、偵測平面與樣品平面之間的距離、及照射和偵測通道的角度方向。
控制系統(其數據處理器和分析器工具)亦可配置成接收由XRF系統偵測的測量數據以識別標誌。
如上所述，具有相對於樣品平面(或樣品中/上感興趣的區域/體積)之可調整的來源-偵測器幾何的XRF系統，在至少一些關於在樣品表面上待偵測之至少一些材料(以下稱為「標誌」)的資訊為先天已知之情況下、且尤其當施加標誌至樣品之方式及其位置已知時係特別有效率的。標誌可為添加或施加於樣品的材料，用於標誌及識別/驗證樣品及/或用於編碼訊息(例如關於樣品的訊息)。或者，標誌可為最初存在樣品表面上的已知材料，但其類型及/或位置係至少部分已知。
發明人亦發現對於XRF系統的一給定幾何，自X射線源到達樣品之初級X射線輻射的強度可藉由在X射線源的發射端/平面使用散射介面(板)而增加。散射介面的配置可根據待偵測的標誌元素/材料而選擇。事實上，由X射線源發射的初級輻射到達散射板且係被散射板的材料吸收，從而導致在從散射板至樣品的方向上經由諸多過程(光電效應、康普頓及瑞利散射)的次級輻射發射。因此，散射板組件的配置(材料組成及定向)係根據來自板的次級輻射波長及將獲得的照射路徑之方向加以選擇。
因此，根據本發明的一廣泛實施態樣，其提供一種用於控制X射線螢光(XRF)系統之操作的控制系統，該XRF系統用於偵測一樣品所載有的至少一材料，該控制系統包含：數據輸入工具，用於接收包含關於該樣品所載有的該至少一材料之材料相關數據的輸入數據；數據處理器和分析器工具，配置並可操作成分析該輸入數據並判定該XRF系統的最佳幾何特徵，用於：最佳化該XRF系統的操作條件以使到達樣 品的預定區域且被該區域之體積吸收之初級X射線輻射的量最大化，並使自該區域發射、到達該XRF系統的一偵測器之次級輻射的一部分最大化；及用於對該XRF系統產生允許該XRF系統之幾何特徵的調整之操作數據。
更具體而言，本發明係用於偵測一或更多標誌。因此，本發明係參照此特定應用描述和舉例說明於下。然而，應理解本發明係不限於標誌相關的應用，且因此下文使用的術語「標誌」及「標誌相關數據」在一般情況下應廣泛地解釋為「材料」及「材料相關數據」。而且，術語「材料」意指任何材料組成/結構。
關於該至少一標誌之該標誌相關數據包含下列至少一者：該樣品內之該至少一標誌的位置；該至少一標誌所在之該樣品之表面區域的橫向尺寸；及定義該體積之該至少一標誌結構的厚度。
較佳是，待最佳化之該XRF系統的幾何特徵包含下列至少二者：該XRF系統之初級輻射發射平面與樣本平面之間的距離；該XRF系統的偵測平面與樣品平面之間的距離；由該XRF系統定義之照射通道的角度定向；及由該XRF系統定義之偵測通道的角度定向。該幾何特徵亦可包含將用於該XRF系統中的X射線源之發射端處之一散射板組件的配置。
根據本發明的另一廣泛實施態樣，提供一種用於偵測樣品所載有的至少一標誌之X射線螢光(XRF)系統，該XRF系統包含：用於朝一樣品平面發射初級輻射的一X射線源；用於自該樣品偵測次級輻射的一偵測器；及一控制器；其中，該控制器係配置並可操作成接收操作數據並調整包含下列至少二者之該XRF系統的幾何特徵：該X射線源之初級輻射發射平面與樣本平面之間的距 離；該偵測器的偵測平面與樣品平面之間的距離；由該X射線源定義之照射通道的角度定向；及由該偵測器定義之偵測通道的角度定向。
該X射線源可包含位於其發射端部處的一散射板組件，該散射板組件係配置成吸收該初級輻射並發射次級輻射，該次級輻射具有期望波長及朝向樣品平面上之預定區域的傳播方向。
根據本發明的又另一廣泛實施態樣，提供一種用於偵測樣品帶有的至少一標誌之X射線螢光(XRF)系統，該XRF系統包含：用於朝一樣品平面發射初級輻射的一X射線源；用於自該樣品偵測次級輻射的一偵測器；其中X射線源包含位於其發射端部處的一散射板組件，該散射板組件係配置成吸收該初級輻射及發射次級輻射，該次級輻射具有期望波長及朝向樣品平面上之預定區域的傳播方向。
上述XRF系統可更包含或可連接至一控制器，該控制器係配置並可操作成接收操作數據並調整該XRF系統的幾何特徵，該幾何特徵包含下列至少一者：該X射線源之初級輻射發射平面與樣本平面之間的距離；該偵測器的偵測平面與樣品平面之間的距離；由該X射線源定義之照射通道的角度定向；由該偵測器定義之偵測通道的角度定向；及將用於該X射線源中之該散射板組件的配置。
在本發明的又一廣泛實施態樣中，提供一種用於樣品上之X射線螢光(XRF)測量的方法，該方法用以偵測該樣品所載有的至少一材料，該方法包含：提供關於該至少一材料的材料相關數據，該材料相關數據包含下列至少一者：該樣品內之該至少一材料的位置；該至少一材料所在之該樣品之 表面區域的橫向尺寸；及定義由該樣品之期望吸收體積之該至少一材料形成之結構的厚度；針對最佳化一XRF系統的操作條件，分析該材料相關數據並判定該樣品上待用於該XRF測量中之該XRF系統的最佳幾何特徵，以使到達樣品的期望體積且係被該體積吸收之初級X射線輻射的量最大化，並使自該體積發射、到達該XRF系統的一偵測器之次級輻射的一部分最大化；及產生待提供至該XRF系統的一控制器之操作數據，用於調整該XRF系統的幾何特徵，該幾何特徵包含下列至少一者：該XRF系統之初級輻射發射平面與樣本平面之間的距離；該XRF系統的偵測平面與樣品平面之間的距離；由該XRF系統定義之照射通道的角度定向；由該XRF系統定義之偵測通道的角度定向；及在該XRF系統之發射端部處之一散射板組件的配置。
10:控制系統
10A:數據輸入工具
10B:數據輸出工具
10C:記憶體
10D:處理器和分析器
10E:通訊工具
12:XRF系統
12A:X射線源/發射器
12B:偵測器
14:控制器
16:XRF分析器
18:散射板/介面組件
為了更能理解此處揭露的申請標的且為了舉例說明在實務上可如何執行，現將參照隨附圖式藉由僅為非限制性的例子敘述實施例，其中：圖1A係用於控制/最佳化/調整XRF系統之幾何特徵之本發明控制系統的方塊圖；圖1B係舉例說明用於控制/最佳化/調整XRF系統之幾何特徵之本發明的方法流程圖；圖2A至2C分別示意性地描繪XRF系統之幾何特徵的三個示例；及圖3A和3B說明系統幾何之選擇所依據的原理。
本發明提供一種藉由最佳化可攜式XRF系統的操作條件而控制和最佳化該系統之效能的新穎控制系統及方法。待最佳化的此等操作條件包含樣品平面上照射區域的尺寸(光點尺寸)、被該照射區域吸收之初級輻射的相對量(即，發射的輻射與被該照射區域吸收之輻射的比例)、及偵測之次級輻射的量。操作條件係藉由適當地調整XRF系統的幾何特徵而最佳化。
參照圖1A和1B，其藉由方塊圖和流程圖說明用於控制/調整XRF系統12之幾何特徵的控制系統10之配置及操作，以最佳化XRF系統12的操作條件而測量(識別/驗證)樣品上的一或更多標誌。待最佳化的XRF系統12包含：X射線源/發射器12A，其定義相對於樣品平面SP中將被照射之區域的照射通道(或初級輻射通道)IC；及偵測器12B，其定義相對於該樣品平面SP中之該區域的偵測通道(或次級輻射通道)DC。
控制系統10係配置為電腦系統且包含例如數據輸入工具10A、數據輸出工具10B、記憶體10C、及數據處理器和分析器10D的主要功能工具。控制系統10接收包含標誌相關數據MRD的輸入數據及可能將此數據儲存在記憶體10C內，該標誌相關數據MRD係關於待由XRF系統12測量的一或更多標誌。而且，該系統可接收(例如藉由存取各個儲存工具)關於待最佳化之XRF系統12之元件/單元的一些數據。數據處理器和分析器10D分析標誌相關數據MRD及判定最佳的幾何特徵/參數GP，用於相對於樣品平面SP或該樣品平面中至少一區域之X射線源和偵測器12A和12B的調節(accommodation)及定向。舉例而言，輸入數據可包含給定的幾何參數，且因而處理器和分析器10D判定及產生指示針對此等參數之調整值的輸出數據。
輸出數據GP係適當地格式化且傳送至XRF系統的控制器14。如圖所示，控制器14可為XRF系統12的一部分或控制系統10的一部分，或控制器14的諸多模組可在XRF系統12與控制系統10之間分布。控制系統10亦可包含用於 與XRF系統數據傳輸(例如適當的無線通訊)的適當通訊工具。亦如圖所示，相同的控制系統可配置成分析由XRF系統獲得的測量數據。XRF分析器16因而可為XRF系統12或控制系統10的一部分，或XRF分析器16的軟體模組可在兩個系統之間適當地分布。
在本發明的一些實施例中，控制系統10係可經由通訊網路存取且與網路網站相關聯的獨立系統。控制系統10可因此根據經由網路接收的要求/請求「配置」XRF系統的最佳幾何特徵(即，定義XRF系統的操作設定/條件)，且產生及傳送最佳化的幾何特徵至XRF系統側。在XRF系統處的控制器可分析所接收的幾何特徵及調整各個系統參數。
如上所述，標誌相關數據MRD可包含在樣品上之標誌的位置及/或標誌位置之表面區域的橫向尺寸及/或定義待測量之體積之標誌結構的厚度。可調整的幾何特徵/參數包含下列一或更多者：X射線源與樣品平面之間的距離、偵測平面與樣品平面之間的距離、及照射通道與偵測通道的角度定向。在此方面，應理解關於自樣品至來源和偵測器的距離，應考慮如輸出來源平面或發射平面、偵測平面和樣品平面的參數。
在一最不受限的例子中，標誌係完全不受局限但在整個樣品以相對固定的濃度存在。用於偵測及測量一或更多標誌之濃度之最佳的來源-樣品-偵測器的幾何係根據標誌的類型且可能依據標誌的組合加以設置。舉例而言，為了測量較輕的元素，將發射器(來源)及更重要的偵測器(偵測平面)盡可能保持靠近樣品的表面將為有益的。另一方面，這樣的配置可減小由初級光束照射(光點尺寸)及被偵測器讀取或「看見」的區域。因此，為了測量較重的元素，在增加發射器與樣品之間的距離或偵測器與樣品之間的距離之區域處增大光點尺寸可為較佳的。
舉例而言，標誌可定位在樣品表面上的受限制區域。顯然地，在此情況下，為了自樣品中的標誌獲得最佳的X射線響應訊號，受到照射且被偵測器看見的接合區域應與標誌存在的受限制區域重合(通常實質上重疊)。較大的區域將包含更多降低來自標誌之所偵測訊號之訊號雜訊比(SNR)的未標誌樣品，而較小的區域可產生較少的次級輻射，從而再次降低SNR。因此，調節及定向發射器及偵測器(藉由調整上述角度)以準確地覆蓋包含標誌的受限制區域將為最佳的幾何設定。
在一不同的例子中，標誌可施加至樣品的整個表面或施加至樣品之相對大的表面積，但局限在具有預先選擇之相對小厚度的層或層狀結構(標誌層)。在此例子中，為了獲得來自標誌的最佳響應訊號，吾人應以自發射器進入之初級輻射光子將不穿透標誌層的角度，即入射光子(入射光子的大部分)將被在包含標誌之層內原子吸收而不被位於沒有標誌原子的層之外的原子吸收的角度，定向初級和次級輻射的傳播軸(即定向照射通導及偵測通道)。
在第三示例中，標誌可局限在相對窄的層中及在受限制的表面積/區域中。在此情況下，來源-樣品-偵測器的幾何之最佳化應兼顧兩個考慮因素。
以下是上述幾何參數/特性之最佳化及該最佳化所依據之考慮因素的一些例子。
幾何考慮因素
˙被來源和偵測器兩者「看見」之接合區域的尺寸相對於距樣品之來源和偵測器的距離
由樣品吸收之輻射的量(光子的數目)隨著被初級輻射照射之樣品表面面積的尺寸(被發射器「看見」的表面積)增長。此外，由樣品的照射區域發射且由偵測器偵測之次級輻射的強度隨著被照射之表面區域面積及被偵 測器「看見」之尺寸(即，由樣品發射之次級輻射到達偵測器的表面積)增長。對於發射器及偵測器的給定視場(field of view，FOV)(即輻射發射及收集的立體角)，將照射通道(從發射器至樣品的初級輻射傳播路徑)定向在相對於樣品平面之較低角度處使照射區域的尺寸增加。以類似的方式，將偵測通道(至偵測器的次級輻射傳播路徑)定向在相對於樣品平面之較低角度處使被偵測器「看見」之面積的有效尺寸增加。另一方面，將照射及偵測通道定向在相對於樣品平面之較低角度使初級輻射自發射器傳遞至樣品的距離、及次級輻射自樣品傳遞至偵測器的距離增加。
在此方面，參照圖2A、2B、及2C，顯示來源和偵測器相對於樣品的不同調節及照射和偵測通道的不同角度定向。如圖2A及2B中清楚地顯示，對於樣品平面分別與照射和偵測通道之間的給定角度α和β，增加自樣品平面分別至來源(發射平面)和偵測器(偵測平面)的距離ds和dd導致照射區域IR之尺寸(光點尺寸)的減小。如圖2B及2C所示，維持距離ds和dd及減小角度α和β導致照射區域IR的尺寸增加。
亦應理解由於在大氣壓力下的空氣吸收一些輻射(初級和次級輻射兩者)，所以這些距離ds和dd的增加導致損失的增加。被空氣吸收之輻射的部分係主要由輻射的波長(能量)決定。對於自低原子序(20以下)之元素發射的低能輻射，幾毫米的空氣係足以吸收幾乎所有通過的輻射。幾毫米的空氣將吸收較短波長之較高能量輻射之相對小的部分。因此，最大化被樣品(且尤其被樣品內的標誌)吸收之初始輻射的強度之最佳角度及從標誌至偵測器之次級輻射的最終強度，取決於濃度待測量的特定標誌元素。
為了測量較重的元素，增加從樣品至偵測器的距離dd以減少源自存在樣品內之較輕元素之受偵測輻射的強度可為有益的。此將減少背景輻射及 偽峰，且由於來自較重元素的高能光子較不受距離影響，所以改善所測量光譜的訊號雜訊比。
˙樣品中的路徑及標誌的類型及組合
為了測量樣品中嵌入之一或更多標誌的濃度(相對或絕對)，重要的是增加藉由造成在一或更多特徵波長中發射次級輻射的一或更多標誌之入射X射線輻射的吸收。即，目標係犧牲競爭過程、且尤其是受樣品中存在的其他材料之吸收，而增加由標誌吸收之入射X射線光子的數量。為了增加將被標誌吸收之入射光子的可能性，應增加在標誌集中(預期)的區域處之樣品內輻射的路徑。
在標誌係存在(預期)於樣品之外層的情況下，例如當將標誌施加至固體樣品的表面使得塗層或膜(包含標誌及可能的其他材料)形成在樣品表面上時，設計XRF系統使得從發射器抵達之X射線輻射的路徑係盡可能地被局限於標誌所存在之樣品的體積。也就是說，期望增加在塗層內吸收入射輻射的可能性，同時減少入射光子穿過塗層進入樣品主體的可能性。參照圖3A，顯示在樣品表面上之塗層內之入射光子的路徑可藉由將入射的初級輻射以較低角度朝樣品引導而增加，即，α2<α1增加通過塗層之初級輻射的路徑長度。
樣品內之X射線光子的路徑長度取決於樣品的材料組成。在樣品內行進距離x後，一給定波長之入射初級X射線光束的輻射強度(I)係由下列公式得出：I=I 0 exp(-μ s ρx)其中I 0 係在樣品表面之初級輻射的強度，ρ係樣品的密度，而μ s係整體樣品的質量吸收係數。該樣品質量吸收係數μ s係由以下總和得出：
Figure 106131874-A0305-02-0015-1
 其中μ i係樣品中特定元素的質量吸收係數，C i 係樣品中此元素的濃度，而總和係樣品中(或樣品的相關部分/區域中)存在之所有材料的總和。因此，在被樣品吸收之前，樣品中一給定波長之光子行進的平均距離取決於樣品的組成。
散射板的使用
在本發明的一實施態樣中，自發射器到達樣品之初級X射線輻射的強度係藉由在X射線發射器的發射端/平面處使用散射介面(板)而增加。X射線源裝置可利用位在發射平面之前方在照射通道中的準直光學元件。本發明的XRF系統可利用散射介面取代該等準直儀、或與該等準直儀組合。
在常用的XRF系統中，發射的X射線光束之方向係藉由準直儀設定，該準直儀吸收在預先選擇之窄角度範圍外部發射的任何輻射，而消除大部分整體發射的輻射。準直儀的材料確實可藉由若干製程(最重要的是由於光電效應及康普頓散射)發射次級輻射，然而由於準直儀的結構及設計，所有次級輻射皆被材料吸收且無一到達樣品。
回到圖1A，顯示在本發明中，為了減少由準直導致之強度損失及因此增加來自發射器之初級輻射的強度，使至少一散射板/介面組件18容納在(附接至)X射線源的發射端。如在圖3B中更具體地描繪，其舉例說明在其發射端部處具有散射板/介面組件18的X射線源12A，到達散射板的初級輻射被散射板的材料吸收，然而由於散射板的設計，藉由諸多製程(光電效應、康普頓及瑞利散射)發射之次級輻射之相當大的部分係在至樣品的方向上發射。也就是說，如圖3B所示，散射板的設計允許從散射板發射之次級輻射之相當大的部分到達由發射器照射之樣品表面上的區域(而非如準直儀的情況被設備再次吸收)。
散射板組件係較佳是配置成提供與用於光電效應及康普頓散射之大橫剖面的介面，以增加自散射板的次級發射。
在本發明的一些實施例中，XRF系統12包含可在發射器上組裝的複數散射板/介面組件18，其中各散射板組件係適用於特定應用。舉例而言，在特定波長帶中發射次級輻射之散射板組件的材料可適用於特定預先選擇之標誌的測量。散射板組件可各自配置成可拆卸地安裝在發射器端部上，從而允許散射板組件的更換。或者或額外地，多個散射板組件可安裝在共同的支撐結構上，該共同的支撐結構係可安裝在發射器端部上且相對於發射器端部位移，以允許將所需的散射板組件從其非操作狀態(在輻射傳播路徑外部)選擇性地變換至操作狀態以處於輻射傳播路徑中。
10:控制系統
10A:數據輸入工具
10B:數據輸出工具
10C:記憶體
10D:處理器和分析器
10E:通訊工具
12:XRF系統
12A:X射線源/發射器
12B:偵測器
14:控制器
16:XRF分析器
18:散射板/介面組件

Claims (11)

  1. 一種用於控制X射線螢光(XRF)系統之操作的控制系統，該XRF系統用於偵測一樣品所載有的至少一材料，該控制系統包含：數據輸入工具，配置並可操作成與儲存工具數據傳輸，用於接收包含關於該樣品所載有的該至少一材料之材料相關數據的輸入數據，該材料相關數據包含下列之一或更多者：該樣品內之該至少一材料的位置；該材料位置之表面區域的橫向尺寸；及該材料結構的厚度；數據處理器和分析器工具，配置並可操作成分析包含該材料相關數據的該輸入數據並判定用於使該XRF系統的操作條件最佳化之該XRF系統的最佳幾何特徵，及產生指示該XRF系統的最佳操作條件的操作數據，該操作條件包含該XRF系統的樣品平面條件上照射區域的尺寸、被該照射區域吸收之初級輻射的相對量、或偵測之次級輻射的量其中至少一者，其中該XRF系統的該最佳幾何特徵包含下列者：該X射線源之初級輻射發射平面與樣本平面之間的距離；該偵測器的偵測平面與樣品平面之間的距離；由該X射線源定義之照射通道的角度定向；及由該偵測器定義之偵測通道的角度定向；及該最佳操作條件包含：該XRF系統的X射線源的操作條件係配置以使初級X射線輻射的量最大化，使得該初級X射線輻射係被局限於該材料存在或預期存在之該樣品之該表面區域上的體積中，藉以增加該體積吸收該初級輻射的可能性，並減少該初級輻射穿過該表面區域的該體積而進入該樣品之主體的可能性；及該XRF系統的偵測器的操作條件係配置以使自該區域發射之到達該XRF系統的該偵測器之次級輻射的一部分最大化；及 數據輸出工具，配置並可操作成對該XRF系統的控制器產生包含該操作數據的輸出數據，從而允許該XRF系統之幾何特徵的調整。
  2. 如申請專利範圍第1項之用於控制X射線螢光(XRF)系統之操作的控制系統，其中，該至少一材料係關於該樣品所載有的至少一標誌。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之用於控制X射線螢光(XRF)系統之操作的控制系統，其中，該幾何特徵包含該XRF系統中使用之一X射線源之發射端處之一散射板組件的配置。
  4. 如申請專利範圍第2項之用於控制X射線螢光(XRF)系統之操作的控制系統，其中，該數據處理器和分析器工具係進一步配置並可操作成處理由該XRF系統偵測之測量的數據、並識別該至少一標誌。
  5. 如申請專利範圍第3項之用於控制X射線螢光(XRF)系統之操作的控制系統，其中，該數據處理器和分析器工具係進一步配置並可操作成處理由該XRF系統偵測之測量的數據、並識別該至少一標誌。
  6. 一種用於偵測樣品帶有的至少一材料之X射線螢光(XRF)系統，該XRF系統包含：用於朝一樣品平面發射初級輻射的一X射線源；用於自該樣品偵測次級輻射的一偵測器；及如申請專利範圍第1項之一控制器系統。
  7. 如申請專利範圍第6項之用於偵測樣品帶有的至少一材料之X射線螢光(XRF)系統，其中，該至少一材料係關於該樣品所載有的至少一標誌。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項之用於偵測樣品帶有的至少一材料之X射線螢光(XRF)系統，其中，該X射線源包含位於其發射端部處的一散射板組件，該散射板組件係配置成吸收該初級輻射、並發射次級輻射，該次級輻射具有一期望波長及朝向樣品平面上之一預定區域的傳播方向。
  9. 如申請專利範圍第8項之用於偵測樣品帶有的至少一材料之X射線螢光(XRF)系統，其中該XRF系統的該最佳幾何特徵更包含該散射板組件的配置。
  10. 一種用於樣品上之X射線螢光(XRF)測量的方法，該方法用以偵測該樣品所載有的至少一材料，該方法包含：提供關於該至少一材料的材料相關數據，該材料相關數據包含下列至少一者：該樣品內之該至少一材料的位置；該至少一材料所在之該樣品之表面區域的橫向尺寸；及定義該樣品之期望吸收體積之該至少一材料之結構的厚度；針對最佳化一XRF系統的操作條件，分析該材料相關數據並判定該樣品上待用於該XRF測量中之該XRF系統的最佳幾何特徵，該操作條件包含該XRF系統的樣品平面條件上照射區域的尺寸、被該照射區域吸收之初級輻射的相對量、或偵測之次級輻射的量其中至少一者，其中該XRF系統的該最佳幾何特徵包含下列者：該X射線源之初級輻射發射平面與樣本平面之間的距離；該偵測器的偵測平面與樣品平面之間的距離；由該X射線源定義之照射通道的角度定向；及由該偵測器定義之偵測通道的角度定向；及 該操作條件的該最佳化包含判定該XRF系統的X射線源的操作條件係配置以使初級X射線輻射的量最大化，使得該初級X射線輻射係被局限於該材料存在或預期存在之該樣品之表面區域上的期望體積中，藉以增加該體積吸收該初級輻射的可能性，並減少該初級輻射穿過該表面區域的該體積而進入該樣品之主體的可能性；及該XRF系統的偵測器的操作條件係配置以使自該體積發射、到達該XRF系統的一偵測器之次級輻射的一部分最大化；及產生待提供至該XRF系統的一控制器之操作數據，用於調整該XRF系統的幾何特徵；及用於選擇在該XRF系統之發射端部分處之一散射板組件的配置。
  11. 如申請專利範圍第10項之用於樣品上之X射線螢光(XRF)測量的方法，其中，該至少一材料係關於該樣品所載有的至少一標誌。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11221305B2 (en) 2017-05-15 2022-01-11 Security Matters Ltd. Object marking system and method
US11867645B2 (en) 2018-10-18 2024-01-09 Security Matters Ltd. System and method for detection and identification of foreign elements in a substance by X-ray or Gamma-ray detection and emission
CN109632854B (zh) * 2019-01-14 2022-10-11 东华理工大学 一种双探测结构的块状铀矿多元素在线x荧光分析仪
EP3956811A4 (en) 2019-04-15 2023-01-11 Security Matters Ltd. SAMPLE CLASSIFICATION METHOD AND SYSTEM
KR20230127253A (ko) 2020-12-20 2023-08-31 시큐리티 매터스 엘티디. 생산 라인에서 진행 중인 플라스틱 함유 대상의 xrs검사 및 분류
KR20240036813A (ko) 2022-09-14 2024-03-21 주식회사 동서라인텍 Ｘｒｆ 분석기의 측정필름 노화 감시 장치

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048496A (en) * 1972-05-08 1977-09-13 Albert Richard D Selectable wavelength X-ray source, spectrometer and assay method
TW200306767A (en) * 2002-04-05 2003-11-16 Hamamatsu Photonics Kk X-ray tube control device and method of controlling X-ray tube
US20080226025A1 (en) * 2004-02-20 2008-09-18 Koninklijke Philips Electronic, N.V. Device and Method for Mapping the Distribution of an X-ray Fluorescence Marker
US20100046700A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Noriaki Sakai X-ray analyzer and x-ray analysis method
CN102087230A (zh) * 2009-12-07 2011-06-08 韩晓朋 一种x射线荧光分析系统
US20140151569A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Anton Paar Gmbh Method and apparatus for analysis of samples

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6069934A (en) * 1998-04-07 2000-05-30 Osmic, Inc. X-ray diffractometer with adjustable image distance
EP1163507A2 (en) * 1999-03-16 2001-12-19 The Secretary Of State For Defence Method and apparatus for the analysis of material composition
KR101231731B1 (ko) 2004-09-21 2013-02-08 조르단 밸리 세미컨덕터즈 리미티드 다기능 ｘ-선 분석 시스템
CN100433039C (zh) * 2005-08-03 2008-11-12 正品科技（北京）有限公司 利用化学元素标记方法和设备及化学元素标记
JP2008203245A (ja) * 2007-01-23 2008-09-04 Sii Nanotechnology Inc Ｘ線分析装置及びｘ線分析方法
SE532551C2 (sv) * 2008-06-30 2010-02-16 Senseair Ab Ett för spektralanalys anpassat arrangemang
GB2476255B (en) 2009-12-17 2012-03-07 Thermo Fisher Scient Ecublens Sarl Method and apparatus for performing x-ray analysis of a sample
CN202486075U (zh) * 2012-03-02 2012-10-10 中国科学院上海应用物理研究所 用于荧光xafs测试的数据采集系统
US9488605B2 (en) 2012-09-07 2016-11-08 Carl Zeiss X-ray Microscopy, Inc. Confocal XRF-CT system for mining analysis
US9778213B2 (en) * 2013-08-19 2017-10-03 Kla-Tencor Corporation Metrology tool with combined XRF and SAXS capabilities
WO2015031675A1 (en) 2013-08-28 2015-03-05 The Regents Of The University Of California Nanoparticle assisted scanning focusing x-ray fluorescence imaging and enhanced treatment
EP3622442A4 (en) * 2017-05-08 2021-04-21 Security Matters Ltd. VIRTUAL CURRENCY SYSTEM BASED ON BLOCK CHAIN ARCHITECTURE AND PHYSICAL MARKING

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4048496A (en) * 1972-05-08 1977-09-13 Albert Richard D Selectable wavelength X-ray source, spectrometer and assay method
TW200306767A (en) * 2002-04-05 2003-11-16 Hamamatsu Photonics Kk X-ray tube control device and method of controlling X-ray tube
US20080226025A1 (en) * 2004-02-20 2008-09-18 Koninklijke Philips Electronic, N.V. Device and Method for Mapping the Distribution of an X-ray Fluorescence Marker
US20100046700A1 (en) * 2008-08-22 2010-02-25 Noriaki Sakai X-ray analyzer and x-ray analysis method
CN102087230A (zh) * 2009-12-07 2011-06-08 韩晓朋 一种x射线荧光分析系统
US20140151569A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Anton Paar Gmbh Method and apparatus for analysis of samples

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