[发明专利]非均质样本扫描设备及其X射线分析仪应用

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2013年11月12日提交的美国临时专利申请No. 61/902,901的权益，该专利申请的内容被通过引用全部结合到本文中。

技术领域

本发明主要涉及用于样本分析的设备和方法。更具体地，本发明涉及 例如X射线分析系统中的非均质样本扫描。

背景技术

样本的X射线分析在诸如消费品、医疗、制药、环境、和石油之类的 许多行业中是越来越受关注的领域。X射线荧光、X射线衍射、X射线光 谱学、X射线成像、以及其它X射线分析技术的使用已导致几乎所有科学 领域中的知识的意义深远的增加。

X射线荧光(XRF)是一种分析技术，通过该技术，物质暴露于X射 线束以确定例如特定组分的存在。在XRF中，该暴露于X射线的物质的元 素组分中的至少一些能够吸收X射线光子并产生特有的辅助荧光。这些辅 助X射线表示该物质中的元素组分的特征。在进行适当检测和分析之后， 这些辅助X射线可被用于表征元素组分中的一个或多个。XRF技术在尤其 包括水、环境、工业、医疗、半导体芯片评估、石油、及法医学的许多化 学和材料科学领域具有广泛的应用。

在此通过引用被全部结合到本文中并被转让给本发明的受让人X射线 光学系统公司(X-RayOpticalSystems,Inc.)的美国专利No.6,934,359和 No.7,072,439公开了用于对液体样本进行分析(例如用于对石油产品中的 硫进行痕量级测量)的单色波长色散X射线荧光(MWDXRF)技术和系 统。在此通过引用被全部结合到本文中并被转让给本发明的受让人X射线 光学系统公司(X-RayOpticalSystemsInc.)的美国专利No.7,738,630公开 了例如用于对包括水、石油产品、和消费品的多种物质中的毒素的痕量级 测量的单色激励、能量色散X射线荧光(ME-EDXRF)技术和系统。

XRF测试可以离线进行，即使用台式、实验室型仪器来分析样本。将 材料从其来源(例如对于燃料而言，来自炼油厂或运输管线)移除，并且 随后被沉积在样本腔室中；或沉积到然后被沉积到腔室中的带窗口的样本 池(samplecell)。离线的台式仪器不需要满足任何不寻常的操作/压力/环境 /尺寸/重量/空间/安全约束，而是仅需要为手工放置的样本提供必要的测量 精度。此外，可在测量之间容易地维持离线仪器。

与离线分析相反，在线分析在生产过程中的多种位置处提供了对于样 本成分的“实时”监控。例如，所有的燃料产品均受到硫磺用量柔度(surlfur levelcompliance)的影响—从而在燃料提炼和管道运输期间需要在线监控 的一些变型。然而，对炼油厂中和管道中的燃料进行在线分析需要考虑通 常不存在于离线、实验室设置中的许多操作问题。

对于在离线分析仪(例如，台式构造)中的常规匀质样本(例如，通 常为流体，包括诸如汽油或柴油之类的石油产品)而言，安全假设是，分 析物以恒定浓度存在于样本池的整个容积中，所以X射线焦点将在整个容 积中产生相同的测量结果。然而，对于样本池中的非均质样本可能出现样 本沉积。样本(例如，颗粒)的多个部分可基于密度和重力及其它因素而 沉积到底部或向顶部移动。样本池(特别是本文所讨论的这类XRF样本池) 内的该潜在的样本运动/非均质性存在测量挑战，何时因为分析物在该池内 的任何特定焦点处的浓度可能并不提供一致的测量结果。

颗粒类型的样本(例如，土壤)存在类似的问题，其中分析物的浓度 可在被收集和沉积在常规样本池中的土壤样本内有所不同。当地管理局可 能要求遍及常规样本的整个浓度范围以及平均浓度。

因此，所必需的是用于处理非均质样本的分析系统的样本扫描技术， 尽管在样本中存在局部不一致，但这些技术为该样本的局部区域提供分析 物测量结果，及表示样本容积中的分析物的整体浓度的测量值。

发明内容

通过本发明克服了现有技术的缺陷并提供了附加优点，一方面，本发 明是一种用于材料分析仪的样本扫描设备/技术/方法。在一个方面中，本发 明包括使得包含样本的样本池根据扫描图案在该分析仪的测量聚焦区域上 移动，从而在横过该样本的扫描图案中扫描该测量聚焦区域上的样本，从 而使该样本池中的样本的多个区域暴露于该测量聚焦区域。