專利名稱：用于大氣顆粒單顆粒分析的微束x射線熒光設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備。 "坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡是利用多毛細管將發(fā)散的X射線會聚為帶有"坪區(qū)"的微焦 斑，"坪區(qū)"處x射線強度分布均勻度(強度最大值和最小值之差除以強度平均值)高，且 具有較高的功率密度增益(單位面積上強度)，基于"坪區(qū)"毛細管x射線會聚透鏡的微束 x射線分析設備特別適用于對大氣顆粒物等微小顆粒物進行單顆粒分析。
背景技術：
隨著分析技術的發(fā)展，人們對大氣顆粒物的研究已從早期的總體顆粒物樣品分析
轉(zhuǎn)到了單顆粒分析。這是因為總體顆粒物樣品分析只能代表樣品中組分的平均效果，而單
顆粒分析能夠提供總體顆粒物分析方法無法提供的大量信息；同時，由于單顆粒分析所需 樣品量可以很少，所以，進行單顆粒分析時，所需樣品的采樣時間短，這使得對大氣顆粒物 短期組分變化的測量更精確。此外，單顆粒分析的數(shù)據(jù)可以作為人為源或自然源的"指紋" 能譜，為大氣顆粒物的源解析提供重要的依據(jù)?；?坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微 束X射線分析設備在大氣顆粒物單顆粒分析中有著獨特的優(yōu)勢。因為一般的毛細管X光透 鏡是沒有"坪區(qū)"的，但此種沒有"坪區(qū)"的毛細管X光透鏡焦斑處的X射線強度分布是高 斯分布，這不適合于對大氣顆粒物進行單顆粒分析，這是由于毛細管X光透鏡的焦斑直徑 大于單顆粒的直徑，所以利用該譜儀對大氣顆粒物進行單顆粒分析時，一個單顆粒的整個 體積都浸沒在透鏡焦斑中，眾所周知，即使是大氣顆粒物單顆粒，其中的元素分布也是不均 勻的，并且其形狀也不規(guī)則，所以，如果毛細管X光透鏡的焦斑處強度分布是不均勻的(如 高斯分布)，則得到的單顆粒能譜上特征峰的相對強度因其在焦斑中位置的改變而改變，顯 然，這種與單顆粒在焦斑中的位置有關的能譜不能稱為單顆粒的"指紋"能譜。為了獲得真 正意義上的大氣顆粒物單顆粒"指紋"能譜，照射在單顆粒上X射線束強度分布要盡量均 勻，并且功率密度增益要高。利用"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡會聚X射線源可以滿足上 述要求，現(xiàn)在國際上還沒有該類基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備。

發(fā)明內(nèi)容現(xiàn)有的基于毛細管X射線光學器件的微束X射線分析設備都是采用沒有"坪區(qū)"的 毛細管X射線會聚透鏡，這些設備不適合于對大氣顆粒物進行單顆粒分析。 本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是，為了保證能夠利用基于毛細管 X射線光學器件的微束X射線分析設備獲得大氣顆粒物單顆粒"指紋"能譜，采用基于"坪 區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備來對大氣顆粒物進行單顆粒分析。 我們設計的"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的"坪區(qū)"大小在1-60微米范圍內(nèi)，適 用于對O. 2-40keV范圍內(nèi)X射線進行會聚，"坪區(qū)"處X射線強度分布均勻度在2% _6%范 圍內(nèi)，"坪區(qū)"處功率密度增益的數(shù)量級在102_103范圍內(nèi)。 本實用新型的有益效果是，利用基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備對大氣顆粒物進行單顆粒分析，便于快速獲得元素特征峰相對強度與單顆粒在 "坪區(qū)"中位置無關的能譜——單顆粒"指紋"譜。

圖1是基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備； 圖2基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的示意圖； 圖3是"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡截面圖。
具體實施方式參見圖1，基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備有X射線光 源1、"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡2、針孔光闌3、樣品臺4、顯微鏡5和探測器6組成。X 射線光源1發(fā)出的X射線經(jīng)"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡會聚成帶有"坪區(qū)"的微焦斑，利 用針孔光闌3濾掉"坪區(qū)"外的X射線，樣品在顯微鏡5監(jiān)視下放在"坪區(qū)"中，探測器6探 測來自樣品的X射線信號。 參見圖2，"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的入口端直徑0&和出口端直徑D。ut與其 最大截面的直徑Dmax相比，前者較?。?坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡入口焦距^和出口焦 距f2可以相等也可以不等；透鏡的長度1根據(jù)實驗條件而定。 參見圖3，構成"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的單毛細管的直徑是不同的，中間單 毛細管的直徑大，外層單毛細管的直徑小，這便于保證"坪區(qū)"處具有較高的X射線強度分 布均勻度。 下面給出基于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備的實例基于 "坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡和轉(zhuǎn)靶X射線源微束X射線分析設備的檢測限為20ppm左 右，"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡共有289000根單毛細管構成，在沿垂直于透鏡中心線的 方向截面上，每根毛細管的內(nèi)徑大小不同，在最大橫截面上，外層每根毛細管的內(nèi)徑約為4 微米，中間每根毛細管的內(nèi)徑約為7微米，在17. 4keV能量點，透鏡長度、入口端直徑、出口 端直徑、最大截面直徑、入口焦距、出口焦距、"坪區(qū)"處X射線強度分布均勻度、"坪區(qū)"直徑 和功率密度增益分別為67mm、5mm、6mm、9mm、78mm、90mm、3. 4%、20和1100。
權利要求一種用于大氣顆粒單顆粒分析的微束X射線熒光設備，包括X射線光源、針孔光闌、樣品、顯微鏡、探測器，其特征在于該譜儀還包括在X射線光源和針孔光闌之間加有一“坪區(qū)”毛細管X射線會聚透鏡。
2. 根據(jù)權利要求1所述的用于大氣顆粒單顆粒分析的微束X射線熒光設備，其特征在 于"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的入口端直徑Din和出口端直徑D。ut與其最大截面的直徑Dmax相比，前者較??；"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡入口焦距^和出口焦距f2可以相等也可以不等；透鏡的長度1根據(jù)實驗條件而定。
3. 根據(jù)權利要求1所述的用于大氣顆粒單顆粒分析的微束X射線熒光設備，其特征在于構成"坪區(qū)"毛細管X射線會聚透鏡的單毛細管的直徑是不同的，中間單毛細管的直徑大，外層單毛細管的直徑小。
4. 根據(jù)權利要求1所述的用于大氣顆粒單顆粒分析的微束X射線熒光設備，其特征在 于"坪區(qū)"大小在1-60微米范圍內(nèi)，適用于對0. 2-40keV范圍內(nèi)X射線進行會聚，"坪區(qū)" 處乂射線強度分布均勻度在2%-6%范圍內(nèi)，"坪區(qū)"處功率密度增益的數(shù)量級在102-103范 圍內(nèi)。
專利摘要基于“坪區(qū)”毛細管X射線會聚透鏡的微束X射線分析設備，它包括X射線光源、針孔光闌、“坪區(qū)”毛細管X射線會聚透鏡、樣品、顯微鏡、探測器，本設備的核心部件是“坪區(qū)”毛細管X射線會聚透鏡。由于“坪區(qū)”毛細管X射線會聚透鏡微焦斑的“坪區(qū)”處X射線強度分布均勻度高，且具有較高的功率密度增益，所以該譜儀特別適用于對大氣顆粒物等微小顆粒物進行單顆粒分析快速獲得元素特征峰相對強度與單顆粒在“坪區(qū)”中位置無關的能譜——單顆?！爸讣y”譜。
文檔編號G01N15/14GK201477030SQ20092014567
公開日2010年5月19日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權日2009年3月20日
發(fā)明者劉志國, 孫天希, 楊科, 滕玥鵬 申請人:北京師范大學