[发明专利]X射线分析引擎和分析仪的支撑结构及高度对准的单色X射线光学器件

说明书

相关申请的交叉参照

本申请要求2011年10月26日提交的美国临时专利申请系列号No.61/551,602的优先权，因此该申请的全部内容在这里引入以作参考。

本申请还涉及2005年8月23日公布的、名称为“XRF System Including Focusing Optic on Excitation Side and Monochromatic Collection”的美国专利No.6,934,359B2、2010年6月16日公布的、名称为“Highly Aligned X-Ray Optic and Source Assembly for Precision X-Ray Analysis Applications”的美国专利No7,738,630B2和2011年7月14日公开的、名称为“XRF System Having Multiple Excitation Energy Bands in Highly Aligned Package”的美国专利公开No.2011/0170666A1，这些专利中的每一个都转让给了X-Ray Optical Systems,Inc.、即本发明的受让人，以及因此这些专利每一个的全部内容在这里引入以作参考。

背景技术

当前例如在玩具、环境空气和水中发现毒素的事件得到关注，并且因此而制订的法规决定紧急需要分析仪来进行毒素成分确定。先进的x射线荧光（XRF）分析仪在各种样品中的这些毒素和许多其他感兴趣物质的量化中可以扮演有价值的角色，例如消费产品中的毒素和石油产品中的各种有害成分。

作为一个突出的例子，制造商、供应商、批发商、零售商和监管实体需要长期的解决方案，以对各种消耗品进行有毒成分的分析。许多新法规需要制造商探测许多成分如铅（Pb）、汞（Hg）、砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、溴（Br）、硒（Se）、锑（Sb）、钡（Ba）和氯（Cl）。在欧盟法规中，在同匀材料中对于六价铬（Cr⁶⁺,）、Hg、Pb、多溴化联苯（PBB）和多溴化联苯醚（PBDE）的最大浓度而言为1000ppm，以及对于Cd而言为100ppm。新的美国儿童产品法规（CPSIA）更加严格得多。例如，玩具和儿童珠宝类中的最大允许铅值在产品的任何可接触部分处小于或者等于100ppm。

目前的测量方法足够精确但是不能用于工厂车间，或者它们可以方便地用在工厂车间，但是不能接近足够的敏感或者重复。其结果是，需要真正适合此目的的分析仪来进行这种应用。

一般地说，市场强烈需要一种快速、可靠、方便、非破坏性的、高度敏感的、定量的、划算的分析仪，以在线上的或实时地在制造设备上，或者在分销链的任何位置上，通过一台设备实现关键且决定性的测量。在该过程的最有利位置上可以消除污染的产品，从而基本上减轻或者甚至消除偶然的生产废料和错误。在分销的许多阶段中还被监管者强烈需要这样一种相同的能力，以校验材料和产品的一致性。

在x射线分析系统中，高的x射线射束强度和较小的射束点尺寸大小，对于减少样品曝光时间、提高空间分辨率和因此改善信号对背景的比率和x射线分析测量的总质量，是重要的。在过去，在实验室中昂贵且功率大的x射线源如旋转阳极x射线管或者同步加速器是产生高强度x射线束所能做出的唯一选择。最近，x射线光学器件的研究借助使x射线聚焦可以实现x射线源的发散辐射的收集。x射线聚焦光学器件和较小低功率x射线源的组合，可以产生强度与通过更大高功率且更贵的装置所获得的强度相差不大的x射线射束。其结果是，基于较小不贵x射线源、激励光学器件和收集光学器件的组合的系统可大大地扩大了在例如小实验室和在该领域、工厂或者诊所等等中x射线分析设备的可用性和性能。

在激励和/或探测路径中的x射线射束的单色化也有利于激励和/或探测与感兴趣的各种成分（铅等）相对应的x射线能量光谱的非常精确部分。x射线单色技术基于x射线在光学晶体例如锗（Ge）或者硅（Si）晶体上的衍射。弯曲的晶体可以提供从x射线源到目标之间的散射辐射的偏转，以及提供到达目标的光子的单色化。两种通用型的弯曲晶体公知为单曲面晶体和双曲面晶体（DCC）。使用在现有技术中公知为罗兰圆几何形状，单曲面晶体提供了二维聚焦，留下x射线辐射没有聚焦在第三或者垂直平面中。双曲面晶体提供了在所有三维中从源到目标点的x射线的聚焦。三维聚焦在本领域中称为“点对点”聚焦。