X射线荧光分析仪系统和用于对浆料中的感兴趣元素执行X射线荧光分析的方法

摘要

一种X射线荧光分析仪系统，其包括X射线管(402)、浆料处理单元(201)和晶体衍射仪(601)，该晶体衍射仪相对于所述浆料处理单元(201)沿第一方向定位。晶体衍射仪(601)从传播到所述第一方向上的荧光X射线(207)中分离预定波长范围，并将处于所分离的预定波长范围内的荧光X射线导向至辐射检测器(602、1605)。晶体衍射仪(601)包括热解石墨晶体(603)。所述预定波长范围包括预定的感兴趣元素的特征荧光辐射，预定的感兴趣元素的原子序数Z在41到60之间，包括端值。在所述特征荧光辐射的能量下，所述辐射检测器(602、1605)的能量分辨率优于600eV。

说明书

技术领域

本发明涉及X射线荧光分析技术领域。具体地，本发明涉及检测浆料样品中的Z在41到60之间(包括端值)的预定的感兴趣元素的相对少量的特征荧光辐射的任务。

背景技术

X射线荧光分析可用于检测感兴趣元素在其他元素基质中的存在并测量其浓度。例如，在采矿工业中，了解样品中是否存在感兴趣的矿物或金属以及其中的数量是重要的。为了可在工业过程中应用，X射线荧光分析方法即使在相对较短的曝光时间内也应该是相当精确的，并且可以用坚固且机械可靠的测量装置来实现。

X射线荧光分析在采矿工业中的一个具体应用是对浆料中感兴趣元素进行分析。根据定义，浆料是破碎和研磨后的矿石的细的、固体颗粒的水基悬浮液，其中固体颗粒的干重小于样品的总质量的90％，通常为20％-80％。样品呈浆料的形式，这一事实对样品处理提出了特殊的要求。例如，有利的是维持样品的流动为湍流，从而使样品的组成保持均匀混合，并且各组分(fraction，馏分)不会彼此分离。同时，测量几何结构(measurementgeometry)应尽可能保持恒定，以便不会在测量结果中导致不希望的基于几何结构的变化。

浆料中感兴趣元素的浓度通常非常低。例如铜、锌、铅和钼需要在如0.01％或更低的浓度下测量，而要测量的金的浓度可能仅为大约几ppm，如1ppm-5ppm。银和一些其他感兴趣元素的浓度(其原子序数Z在铌和钕之间，包括端值)可能处于相同的数量级。如此低的浓度使得测量变得困难，因为来自感兴趣元素的荧光辐射的强度非常低，这不可避免地增加了统计误差的影响。当该强度与所涉及的其他辐射强度(如来自其他不感兴趣元素的荧光辐射)相比较低时，与相邻峰和连续背景(辐射)的重叠会引发问题。不能将测量时间定为任意长度，因为浆料作为来自精炼过程的连续流而到来的，并且是过程中发生的重要在线指标。X射线荧光测量应该是足够快的以检测浆料成分中的趋势性变化，使得测量结果能够用于实时控制精炼过程。

发明内容

本发明的一个目的提供一种在苛刻的工业条件下对浆料中的小浓度的预定的感兴趣元素(Z在41到60之间，包括端值)执行精确且可靠的X射线荧光分析的设备。本发明的另一个目的是确保即使用相对较短的测量时间也将获得足够精确的测量结果。本发明的又一个目的是使该设备容易地适于样品中在所述范围内的任何预定的感兴趣元素的测量。

上述和其他目的是通过以下方式来实现的：使用热解石墨晶体来收集来自所照射样品的荧光辐射以及使用能量分辨率相对精确的检测器来检测所收集的荧光辐射。

根据第一方面，提供了一种X射线荧光分析仪系统。该X射线荧光分析仪系统包括X射线管、浆料处理单元和第一晶体衍射仪，该X射线管用于沿第一光轴的方向发射入射X射线，该浆料处理单元被配置成维持浆料样品与所述X射线管之间的恒定距离，该第一晶体衍射仪相对于所述浆料处理单元沿第一方向定位。所述第一晶体衍射仪被配置成从传播到所述第一方向上的荧光X射线中分离预定第一波长范围，并且被配置成将处于所分离的预定第一波长范围内的荧光X射线导向至第一辐射检测器。第一晶体衍射仪包括热解石墨晶体。所述预定第一波长范围包括预定的感兴趣元素的特征荧光辐射，其原子序数Z在41到60之间，包括端值。在所述特征荧光辐射的能量下，所述第一辐射检测器的能量分辨率优于600eV。

在第一方面的可能实施方式中，X射线荧光分析仪系统包括处理部，该处理部被配置成接收和处理由所述第一辐射检测器产生的输出信号，其中，所述处理部被配置成至少使用第一比例的所述输出信号来估计背景辐射的比例，该第一比例的所述输出信号指示在所述第一波长范围内但不在所述感兴趣元素的所述特征荧光辐射的波长内的被检测X射线。

在第一方面的可能实施方式中，所述处理部被配置成至少使用所述第一比例的所述输出信号和第二比例的所述输出信号来估计所述背景辐射的比例，该第一比例的所述输出信号指示在所述第一波长范围内但比所述感兴趣元素的所述荧光特征辐射的波长短的被检测X射线，所述第二比例的所述输出信号指示在所述第一波长范围内但比所述感兴趣元素的所述荧光特征辐射的波长长的被检测X射线。

在第一方面的可能实施方式中，所述处理部被配置成通过从所述特征荧光辐射的波长处的输出信号中减去所述估计出的背景辐射的比例来计算所述感兴趣元素的所述特征荧光辐射的检测量。

在第一方面的可能实施方式中，在所述特征荧光辐射的能量下，所述第一辐射检测器的所述能量分辨率优于300eV，并且所述第一辐射检测器是固态半导体检测器，优选为以下之一：PIN二极管检测器、硅漂移检测器、锗检测器、锗漂移检测器和碲化镉检测器(cadmium telluride detector)。

在第一方面的可能实施方式中，所述X射线管的输入功率额定值为至少1千瓦，优选至少2千瓦，更优选至少4千瓦。

在第一方面的可能实施方式中，X射线荧光分析仪系统包括位于所述X射线管与所述浆料处理单元之间的、采取与所述第一光轴交叉的层的形式的初级滤光材料。

在第一方面的可能实施方式中，对于能量大于15keV的光子，所述初级滤光材料的层的透过率大于5％。

在第一方面的可能实施方式中，X射线管包括用于产生所述入射X射线的阳极，并且所述浆料处理单元被配置成在所述浆料样品与所述阳极之间维持短于50mm、优选短于40mm、更优选短于30mm的最短线性距离。

在第一方面的可能实施方式中，所述热解石墨晶体的衍射表面是以下之一：在一个方向上弯曲的单连通表面(simply connected surface，简单连通表面)；在两个方向上弯曲的单连通表面；非单连通的旋转对称表面。

在第一方面的可能实施方式中，所述浆料处理单元被配置成在面向所述X射线管的一侧维持所述浆料样品的平直表面，并且所述第一光轴垂直于所述平直表面。

在第一方面的可能实施方式中，所述浆料处理单元被配置成在面向所述X射线管的一侧维持所述浆料样品的平直表面，并且所述第一光轴与所述平直表面成一倾斜角度。

在第一方面的可能实施方式中，除了所述第一晶体衍射仪之外，X射线荧光分析仪系统还包括多个其他晶体衍射仪，所述第一晶体衍射仪和其他晶体衍射仪中的每个围绕所述第一光轴以相应的旋转角度定位，并且所述晶体衍射仪中的每个被配置成从传播到相应方向上的荧光X射线中分离预定波长范围，并且被配置成将处于相应的所分离的预定的第一波长范围内的荧光X射线导向至相应的辐射检测器。

在第一方面的可能实施方式中，所述多个其他晶体衍射仪包括第二晶体衍射仪，该第二晶体衍射仪包括第二晶体，并被配置成将处于相应的所分离的第二预定波长范围内的荧光X射线导向至相应的第二辐射检测器，并且所述第二晶体包括不同于热解石墨的材料。

在第一方面的可能实施方式中，所述第二晶体是以下之一：二氧化硅晶体、氟化锂晶体、磷酸二氢铵晶体、邻苯二甲酸氢钾晶体；并且所述第二辐射检测器是充气正比计数器(gas-filled proportional counter)。

在第一方面的可能实施方式中，X射线荧光分析仪系统包括：分析仪本体；所述分析仪本体的前壁；所述前壁中的开口；以及保持器，用于将所述浆料处理单元可移除地保持为抵靠所述前壁的外侧，并与所述前壁中的所述开口对准。

在第一方面的可能实施方式中，所述X射线管和所述第一晶体衍射仪都在所述分析仪本体内部，在所述前壁的同一侧。

在第一方面的可能实施方式中，X射线荧光分析仪系统包括校准器板和致动器，该致动器被配置为在至少两个位置之间可控制地移动所述校准器板，其中第一位置不在入射X射线的路径上，第二位置在入射X射线的路径上并且在第一晶体衍射仪的视场中。

在第一方面的可能实施方式中，预定的感兴趣元素是银。

根据第二方面，提供一种用于对浆料中的感兴趣元素执行X射线荧光分析的方法，其中，所述预定的感兴趣元素的原子序数Z在41到60之间，包括端值。该方法包括沿第一光轴的方向朝向所述浆料的样品发射入射X射线，并使用具有热解石墨晶体的第一晶体衍射仪从所述入射X射线在所述浆料样品中产生的荧光X射线中分离预定的第一波长范围，其中，所述预定的第一波长范围包括所述预定的感兴趣元素的特征荧光辐射。该方法还包括将所分离的预定的第一波长范围内的荧光X射线导向至第一辐射检测器，在所述特征荧光辐射的能量下，所述第一辐射检测器的能量分辨率优于600eV。该方法还包括使用所述第一辐射检测器的输出信号来估计所述第一波长范围内的背景辐射的比例，以及通过从所述特征荧光辐射的波长处的输出信号中减去所述估计出的背景辐射的比例来计算所述预定的感兴趣元素的所述特征荧光辐射的检测量。

附图说明

附图是为了提供对本发明的进一步理解并构成本说明书的一部分而包括的，附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起帮助解释本发明的原理。在附图中：

图1示出工业过程中X射线荧光分析的原理，

图2示出X射线荧光分析仪系统的一个示例的细节，

图3示出使用校准器板的一个示例，

图4示出X射线荧光分析仪系统的一个示例，

图5示出X射线荧光分析仪系统的一个示例的一些结构细节，

图6示出晶体衍射仪的一个示例，

图7示出晶体衍射仪的一些几何方面(geometrical aspect，几何方案)，

图8示出衍射仪晶体(diffractor crystal)的一些形状，

图9示出辐射传播几何结构的一个示例，

图10示出辐射传播几何结构的另一示例，

图11示出辐射光谱(radiation spectrum，辐射能谱)的一个示例，

图12示出辐射光谱的另一示例，

图13示出辐射光谱的另一示例，

图14示出辐射光谱的另一示例，

图15示出辐射光谱的另一示例，

图16示出多个检测通道，

图17示出辐射光谱的示例，

图18示出方法的一个示例，

图19示出浆料处理单元的一个示例，

图20示出其光轴垂直于样品表面的X射线管，

图21示出其光轴相对于样品表面成倾斜角度的X射线管，

图22示出放置多个检测通道的示例，

图23示出放置多个检测通道的示例，

图24示出所测量的一个示例设备的检测精度，

图25示出所测量的一个示例设备的检测精度，

图26示出所测量的一个示例设备的检测精度，以及

图27示出所测量的一个示例设备的检测精度。

具体实施方式

图1示出在工业过程中使用X射线荧光分析仪的原理的示例。对于工业过程，通常的是要分析的样品可以是作为样品材料的或多或少连续流而到来，因此存在将样品带入分析并在分析后将样品取走的样品处理单元或系统。在图1的示意性图示中，样品101作为在输送机102上的样品材料流(flow)而到来的，该输送机在这里构成样品处理系统。X射线源103产生入射X射线的射束104，该射束击中(hit，撞击)样品101在射束104的视场内的一部分。沿所有方向发射荧光X射线105，并且它们中的一些被收集至图1中的检测系统，该检测系统包括第一狭缝106、波长色散(wavelength-dispersive)衍射仪晶体107、第二狭缝108和辐射检测器109。该仪器(plant)可以包括控制计算机系统110，该计算机系统可以分别控制输送机102和X射线荧光分析仪113的控制子系统111和112。

荧光X射线的产生本质上是一个随机过程，因此能收集到越多这种光子，基于所接收到的荧光X射线光子进行的任何分析基本上都是越可靠的。已知的一种增加X射线荧光分析的统计可靠性的方式为延长样品保持被入射辐射辐照(illuminated，照亮)的持续时间。如果样品是静止的，这意味着仅仅在改变样品之前等待更长的时间。然而，工业过程的性质可能需要样品作为不断移动的流(stream，物料流)到来。即使这样，更长测量时间的概念也以一种方式存在，因为如果样品流的组成基本保持恒定，则累加X分钟内从移动的样品中检测到的荧光X射线光子本质上与在分析中使样品材料的一部分保持静止X分钟是相同的。

然而，当对不断移动的样品流进行分析时，平均时间可以是多长是有限制的，因为样品流的组成确实会改变，并且这些改变可能是重要的并且因此应该被注意到。如果样品以浆料的形式到来，则存在使情况更加复杂的其他因素，如需要浆料的流动应当保持湍流以防止固相和液相分离。浆料样品以大约每分钟20升的速率流经浆料处理单元的情况并不少见。本发明的目的是通过使用大约几分钟(如2分钟或如3至5分钟)的平均时间能够获得相当好的检测结果。

因此，在下文中，考虑通过如测量几何结构、入射辐射功率、衍射仪晶体材料的选择、检测器类型的选择、多个检测通道的使用以及检测结果的深度利用(advancedutilization)等因素对X射线荧光分析进行改进。

图2是X射线荧光分析仪系统的某些部分的示意性截面图。X射线荧光分析仪系统包括用于沿第一光轴204的方向发射入射X射线206的X射线管。在图2中看到X射线管的辐射窗203。为了处理浆料样品202，X射线荧光分析仪系统包括浆料处理单元201，在这种情况下，该浆料处理单元包括配备有入口连接和出口连接的样品腔(sample chamber，样品室)208或样品室(sample cell，样品池)。样品腔208及其入口连接和出口连接被形成以保证样品202在腔内的湍流的确切方式与该特定描述无关。作为示例，可以遵循公开为WO2017140938的国际专利申请中解释的原理。在任何情况下，浆料处理单元被配置成维持浆料样品202和X射线管之间的恒定距离。例如，可以考虑在第一光轴204的方向上的恒定距离。

保持距离恒定具有这样的效果：测量几何结构不会改变，改变至少不会关于对入射X射线206将击中样品202的比例具有重要影响的距离和视角。这样，该设备可以包括用于改变距离的装置(means)，例如通过改变安装X射线管的距离。换句话说，所述距离将始终保持不变并不是强制的。仅仅出于直接处理检测结果的目的，有利的是，X射线荧光分析仪系统的机械构造允许在测量期间在任何需要的时候维持所述距离恒定。

图3示出浆料处理单元201如何包括在样品腔208的壁中的样品窗301，用于允许X射线通过，同时将浆料样品保持在所述样品腔208内。样品窗301是由窗箔302覆盖的开口，该窗箔由对X射线尽可能透明的材料制成，同时具有足够强的机械强度以承受流动浆料的压力和由流动浆料引起的机械磨损。这样，浆料处理单元被配置成在面向X射线管的一侧维持浆料样品202的平直表面。在图2和图3所示的几何结构中，第一光轴204垂直于所述平直表面。

在图2和图3中还示出分析仪本体的前壁303和所述前壁303中的开口。另一窗箔304覆盖前壁303中的所述开口。就像样品腔208中的样品窗301的窗箔302一样，另一窗箔304由对X射线尽可能透明的材料制成。另一窗箔304的目的是保护X射线荧光分析仪装置的内部不受工业过程中其周围可能大量存在的灰尘、湿气和其他污染物的影响。

图2示出击中样品202的入射X射线206如何产生荧光X射线207。这些荧光射线最初指向所有方向，但是感兴趣的是通过样品窗301从样品腔208中出来并且可以被收集到一个或多个检测通道的那些荧光X射线207。稍后将更详细地描述这种检测通道的位置、几何结构和性质。

图2和图3中所示的另一特征是设置位于所述X射线管402与所述浆料处理单元201之间的、采取与所述第一光轴204交叉的层或板205的形式的初级滤光材料。这种滤光层或板是可选特征。滤光板起到了高通滤光片的作用，特别是通过衰减最初在X射线管中产生的X射线的最低能量部分。滤光板205(如果使用的话)的材料和厚度可以被选择为使得它使那些能量足以在样品202中感兴趣的一种或多种元素中产生荧光的那些X射线通过。特别有用的是使用高通类型的滤光片，而不是例如构成带通滤光片的初级衍射仪，因为高通滤光片将使大范围的更高能的入射X射线通过，然后这些入射X射线可用于在多个感兴趣元素中同时产生荧光X射线。对于能量大于15keV的光子，初级滤光材料的层205的透过率优选大于5％。

如果使用滤光板205，则有利的是将其放置在离X射线管比离浆料处理单元更近的位置。滤光板205甚至可以附接至X射线管，使得滤光板非常接近X射线管的辐射窗203。如果滤光板(filter pate)205在横向方向上附加地确定尺寸，使得其仅比辐射窗203稍大，或者根本不比辐射窗大，则可以保证滤光板205不会不必要地覆盖任何原本可用于检测通道的视场。滤光板205的厚度可以是毫米量级或甚至更小，因此使用滤光板不会将X射线管和样品之间的整体距离增加到任何显著程度。金属和其他适合滤光板205的材料的衰减特性是众所周知的，因此选择材料和厚度的结合以实现期望的透射率是简单的(straightforward)。

图2和图3中所示的另一特征是校准器板305，该校准器板可以被可控制和选择性地带入其位于入射X射线206的路径上和用于接收荧光X射线207的检测通道的视场中的位置。校准器板305具有非常精确地已知的成分，并且在定义测量几何结构的结构中可能有精确定义的位置，因此它可以用于不时地校准检测通道。如果校准过程应该自动化，则X射线荧光分析仪系统可以配备有致动器，该致动器被配置成在至少两个位置之间可控制地移动校准器板305，其中一个位置是图3中所示的位置，而另一个位置是不在入射X射线206的路径上的位置。

图4示出根据本发明实施例的X射线荧光分析仪系统的示例。该X射线荧光分析仪包括分析仪本体401，该分析仪本体起到基本支撑和保护结构的作用。分析仪本体的前壁303在图4中的左侧可见。如先前参考图2和图3所说明的，在前壁303中有一个开口，用于由X射线管402产生的入射X射线通过。设置有保持器403，用于将浆料处理单元201保持为抵靠前壁303的外侧，并与前壁303中的所述开口对准。

在一个有利的实施例中，保持器403可以被配置成将浆料处理单元201可移除地保持为抵靠前壁。保持器403可以包括例如允许将浆料处理单元201转向侧面的铰链，和/或允许将浆料处理单元201从前壁303快速脱离的卡口安装件(bayonet mount)，以便暴露出上述参考图2和图3描述的窗箔。这允许相对直接地检查和维修那些对入射X射线和荧光X射线的传播都至关重要的部件。浆料中的固体颗粒可能对样品窗301的窗箔302的内侧造成显著的磨损(见图3)，因此有利的是，为样品窗301配备允许在必要时更换窗箔302的机构。

在图4中用虚线矩形404标记的X射线荧光分析仪系统的一部分在图5中从X射线管402的光轴的方向示出。该图示示出如何设置致动器501以在两个位置之间可控制地移动校准器板305的示例。在图5所示的第一位置，校准器板305不在从X射线管的辐射窗203出来的入射X射线的路径上。在第二位置，校准器板305将基本上与图5中的辐射窗203同心。

图4和图5还示出如何可以设置一个或多个检测通道502。检测通道的结构和操作将在本文后面更详细地描述。图4和图5示出定位原理，根据该定位原理，每个检测通道围绕X射线管402的光轴以相应的旋转角度定位。当X射线管402的光轴垂直于样品的平直表面(其由作为浆料处理单元201的一部分的样品窗限定)时，这种放置检测通道的方式允许为所有检测通道布置完全相等的视场。

图4所示的其他特征是在分析仪本体401内部为每个检测通道和X射线管402提供电子盒405、406和407，以及为X射线管402提供冷却水循环408。

图6是上述所谓的检测通道的某些部分的示意性图示。图6的检测通道的主要特征是晶体衍射仪601和辐射检测器602。如其名称指示，晶体衍射仪601包括晶体603，该晶体可以被称为衍射仪晶体或简称为晶体。晶体603是晶体衍射仪601的波长色散组件。可以在浆料处理单元(图6中未示出)和晶体603之间的第一光路605上设置第一狭缝604，并且可以在晶体603和辐射检测器602之间的第二光路607上设置第二狭缝606。由于晶体603对X射线的衍射性质高度依赖于X射线的波长，因此这种布置可以用于将特定波长范围与最初发射到该特定晶体衍射仪所在的方向上的那部分荧光X射线分离。附图标记608示出封闭晶体衍射仪601的外壳，该外壳为晶体衍射仪的所有组件提供结构支撑和保护。

图7以轴测投影示出晶体衍射仪的示例。晶体衍射仪被认为相对于浆料处理单元(图7中未示出)沿第一方向定位，使得第一光路605代表在该晶体衍射仪中接收的那部分荧光X射线的标称方向。第一狭缝604和第二狭缝606形成在相应的限制件之间，并且第二光路607代表导向至辐射检测器(图7中未示出)的衍射荧光X射线的标称方向。晶体衍射仪被封闭在外壳608中，该外壳由第一平直表面701和平行于所述第一平直表面701的第二平直表面702界定。

这里描述的机械结构是有利的，因为平直表面701和702提供支撑，晶体衍射仪的内部部件能够以相对简单的方式附接至该支撑。

X射线在晶体中的衍射受布拉格定律支配，布拉格定律将衍射角与网状面之间的距离联系起来。常规的晶体衍射仪已经使用例如二氧化硅、氟化锂、磷酸二氢铵或邻苯二甲酸氢钾的晶体，因为这些材料的足够大的单晶片可以相对容易地以所需的精度以期望的形状制造。然而，已经发现，虽然这种常规晶体的波长选择性相对较好，但是传入的X射线衍射的效率相对较差。

热解石墨是用于生产晶体衍射仪的晶体的替代材料。热解石墨是一个通用的术语，指的是通过将包含如苯环等平面结构的有机化合物置于高温下，使其基本上只保留结构中的碳原子而由该有机化合物制造成的材料。初始的平面分子结构使热解石墨呈现出高度有序的微观结构，因此它通常被称为HOPG(高定向热解石墨)或HAPG，其中HAPG指的是合成材料的方法略微不同。热解石墨通常不是像上面提到的更常规的晶体材料一样意义上的单晶的，而是多晶的。虽然如此，为了保持与本技术领域中的既定措辞的一致性，将由热解石墨制成的衍射仪元件称为“晶体”是切实可行的。在下面的描述中，将使用术语“HOPG晶体”。

已经发现HOPG晶体作为荧光X射线的衍射仪的效率显著优于常规的衍射仪晶体材料。换句话说，与常规晶体材料相比，击中HOPG晶体的X射线实际上衍射的比例要高得多。然而，热解石墨的多晶性质意味着并非所有的网状平面都像单晶二氧化硅那样精确定向。这反过来意味着晶体衍射仪中的HOPG晶体的波长选择性不是非常准确：衍射到特定方向上的荧光X射线代表了在根据布拉格定律被衍射到该方向上的标称波长附近的波长范围，并且HOPG晶体的这一范围比常规晶体材料衍射的X射线要宽得多。

然而，HOPG晶体较不精确的波长选择性并不是一个严重的缺点，因为它可以在X射线荧光分析仪系统的设计中与其他因素平衡。一种可能的途径是使用固态半导体检测器作为辐射检测器602，将所分离的波长范围内的荧光X射线从HOPG晶体导向至该辐射检测器。辐射检测器602可以是例如PIN二极管检测器、硅漂移检测器、锗检测器、锗漂移检测器或碲化镉检测器。与例如充气正比计数器相反，固态半导体检测器的能量分辨率可以更精确。通常在5.9keV的参考能量下表示(express)X射线检测器的能量分辨率。在5.9keV的所述参考能量下，上述种类的固态半导体检测器可以具有优于600eV(优选地优于300eV)的能量分辨率。另一种表示X射线检测器的能量分辨率的方式是参考感兴趣元素的特征荧光辐射的能量。同样地，在这些能量下，上述种类的固态半导体检测器可以具有优于600eV(优选地优于300eV)的能量分辨率。

将晶体衍射仪601中的HOPG晶体的使用与作为辐射检测器602的固态半导体检测器的使用相结合可以产生有利的情况，其中晶体衍射仪601被配置成将预定第一波长范围与传播到晶体衍射仪601所在的方向上的荧光X射线207分离(参考浆料处理单元201)，并且被配置成将所分离的预定第一波长范围内的荧光X射线导向至辐射检测器602，该辐射检测器为固态半导体检测器。然后使用固态半导体检测器的良好的能量分辨率来产生测量结果，该测量结果指示处于所分离的预定第一波长范围内的荧光X射线的能谱。根据所述能谱，并且可以使用其他测量作为支持，能够以相对良好的精确度确定来自感兴趣元素的荧光X射线的量。

在X射线荧光分析仪系统的设计中，HOPG晶体的衍射表面的几何形式是另一个需要考虑的因素。图8示出一些几何形式的示例。这里可以注意到，确切地说，“晶体”只是构成实际衍射表面的晶体(例如在二氧化硅的情况下为单晶的，或例如在HOPG的情况下为多晶的)材料的薄层。晶体衍射仪包括晶体材料附接的基板。基板材料的示例是例如玻璃和铝，但是基板材料也可以是铁或任何其他本身不太容易引起不想要的干扰荧光辐射的材料。晶体材料可以通过例如范德华力附接至基板的适当形成的表面。或者，晶体材料可以直接生长在基板的适当形成的表面上，或者可以使用一些其他合适的附接方法，如胶水。

基板和晶体材料一起构成三维实体，这些实体的示例见图8。为了与该技术领域的既定用语保持一致，这些实体在本文中被称为晶体，尽管上文解释的这一术语略有不准确。术语“衍射表面”是指晶体材料的外部、暴露的表面，在该表面处发生X射线的衍射；严格地说，X射线的衍射发生在晶体材料内部靠近表面(这里称为衍射表面)的网状平面处。

图8中的晶体603、晶体802和晶体804的共同特征是由HOPG晶体和基板构成的实体的三维几何结构为棱镜的三维几何结构，该棱镜的一个侧面被弯曲的衍射表面切掉。在这三种晶体的上线图示(upper-line illustration)中，用虚线示出了棱镜的假想形式。

图8中的相同晶体的下线图示(lower-line illustration)示出在所有三种情况下衍射表面弯曲的方式是如何不同的。在晶体603中，衍射表面801仅在一个方向(纵向方向)上弯曲。换句话说，如果在任意位置处绘制横跨衍射表面801的假想横线，如图8所示的虚线，它总会是直的。这种晶体的一个特别优点是它相对容易制造。与图6和图7相比，可以看出，衍射表面801的曲率半径位于由第一光路605和第二光路606限定的平面内。该平面也平行于平直表面701和702。

在晶体802中，衍射表面803在两个方向(纵向和横向)上弯曲，形成环形表面的一部分。这意味着，如果在任意位置处绘制横跨衍射表面803的横向圆弧，例如如图8所示的两个虚线圆弧，这些横向圆弧中的每个的曲率都将彼此相同。尽管该几何形式在所需的精确度下的制造可能比在左侧的表面801的几何形式稍微复杂一些，但其涉及这样的优点：其使衍射后的X射线更精确地聚焦。

在晶体804中，衍射表面805在两个方向(纵向和横向)上弯曲，但以与中间的表面803不同的方式弯曲。衍射表面805形成旋转对称表面的一部分，其旋转轴线806在由传入的和衍射后的X射线的光路限定的平面内。旋转对称表面的半径作为沿着旋转轴线806的距离的函数而改变。这意味着，如果绘制横跨衍射表面805的横向圆弧，例如如图8中的虚线圆弧，这种横向圆弧的曲率半径将根据其在哪个纵向位置处绘制而不同。在图8中可以看出，中间的虚线圆弧不像在晶体804的端部处看到的弧形边缘那样明显弯曲。这是因为虚线圆弧比晶体端部处的弧形边缘更远离旋转轴线806。换句话说，旋转对称表面在晶体804的中部处的半径大于在其端部处的半径，使得旋转对称表面类似于梭形或椭球体。

从数学上讲，当连续曲线绕旋转轴线旋转时，就形成了旋转对称表面。所述连续曲线的形式限定了表面的每个点将离旋转轴线多远，以及表面可能具有什么性质。可以用于形成图8中的衍射表面805的曲线的一个示例是对数螺线的一段。尽管这种表面比上面作为表面801和803介绍的那些表面制造起来更复杂，但是用对数螺线的一段制成的旋转对称表面涉及这样的固有优点：其提供非常精确的衍射后的X射线的聚焦。

图8中的所有衍射表面801、803和805共有的特征是在拓扑意义上它们是单连通表面。单连通表面是路径连接的表面(即，表面上的任意两点可以用完全属于所述表面的路径相连)，并且另外，任何环形的路径可以连续地收缩到一点，使得收缩的环的所有中间形式也完全属于所述表面。

对单连通表面的直观描述是它不具有孔。因此，可以钻出穿过图8中的衍射表面801、803或805中的任一个的小孔，而不会改变它们作为衍射仪的性质，而不仅仅是通过减少被钻掉的表面积。出于这个原因，这里的定义的是，要求表面在拓扑意义上是单连通的将被解释为与表面的一般形式有关：在这样的解释下，表面中的一个小孔并不意味着它将不是单连通的。关于单连通的要求应该如何解释的另一个定义如下：如果晶体像图8中那样“侧躺”(即，定义晶体端部之间的纵向曲率的主曲率半径在水平平面内；因此衍射表面通常是竖直定向的)，则任何假想的水平线最多将在一点处刺穿衍射表面。如果一个表面符合这些直观描述中的至少一种，那么它就是一个单连通表面。

在图8中的右边，示出晶体807作为比较示例。晶体807的衍射表面808在两个方向(纵向和横向)上弯曲，形成完整的旋转对称表面，其旋转轴线809可以在由传入的和衍射后的X射线的光轴限定的平面中。曲线围绕旋转轴线809的旋转限定了衍射表面808的形式，该曲线可以是例如对数螺线的一段。显然，衍射表面808在拓扑意义上不是单连通的，因为环绕表面钻孔的闭合曲线不能收缩到一点，然而维持了衍射面808内曲线的收缩形式。这种晶体的制造相对复杂，但是它们可以与合适的屏蔽件(图8中未示出)一起使用，该屏蔽件阻挡直接的、非衍射的X射线的传播，与具有诸如801、803或805的单连通表面的那些晶体相比，该晶体从更大的空间角度收集荧光辐射。

衍射表面的几何形状和由此产生的光学性质可能对晶体衍射仪的其他部分应该如何设计产生影响。上面解释了晶体衍射仪601如何可以包括在浆料处理单元201和(热解石墨)晶体之间的第一光路605上的第一狭缝604，以及如何在(热解石墨)晶体和辐射检测器602之间存在第二光路607。如果所述(热解石墨)晶体603的衍射表面801仅在一个方向上弯曲，具有在由所述第一光路605和第二光路607限定的平面中的曲率半径，则有利的是使所述第一狭缝604成为垂直于所述平面定向的线性狭缝，如图7所示。如果所述(热解石墨)晶体802的衍射表面803在两个方向上弯曲，形成环形表面的一部分，则有利的是使所述第一狭缝为具有垂直于所述第一光路定向的曲率半径的弯曲狭缝。如果所述(热解石墨)晶体804的衍射表面805在两个方向上弯曲，形成旋转对称表面的一部分，该旋转对称表面的旋转轴线806在由所述第一和第二光路限定的平面内，则有利的是使所述第一狭缝成为点状的。

如果在第二光路607上使用第二狭缝606，则可以应用类似的考虑。然而，应当注意，第二狭缝并不总是必需的：它的使用与衰减背景和散射辐射有关，特别是对于具有高度波长选择性的衍射仪晶体。考虑到HOPG的波长选择性不是那么高，用第二狭缝获得的额外优势相对较小。

如果在(热解石墨)晶体603、802、804和第一辐射检测器之间的第二光路607上使用第二狭缝，则晶体衍射仪的几何结构可以遵循例如约翰几何结构或约翰逊几何结构的原理。这些分别在图9和图10中示出。在图9中，所述衍射表面的中心点902、所述第一狭缝604和所述第二狭缝606位于半径为R的罗兰圆(Rowland circle)上。所述衍射表面在由所述第一和第二光路限定的平面中的曲率半径为2R，并且所述晶体内的网状平面901的曲率半径为2R。这意味着第一晶体衍射仪具有约翰几何结构。在图10中，所述衍射表面的中心点1002、所述第一狭缝604和所述第二狭缝606类似地位于半径为R的罗兰圆上。然而，这里所述衍射表面在由所述第一和第二光路限定的平面中的曲率半径为R，并且所述晶体内的网状平面1001的曲率半径为2R，从而第一晶体衍射仪具有约翰逊几何结构。

为了维持晶体衍射仪的紧凑尺寸，如果R的量值可以保持相对较小，则是有利的。作为示例，R可以最多为40厘米。

图11至图14是某些情况下荧光X射线光谱的示意性图示。光谱通常表示为在每个光子能量处检测到的计数。实际上，产生计数的检测器具有一定的能量分辨率，该能量分辨率定义了两个光子的能量可以彼此接近的程度，从而使得检测器能够产生两种不同类型的输出信号。利用信号处理将接收到的X射线光子分类到有限宽度的能量仓(energy bin)中，并按每个能量仓给出检测计数。检测器分辨率越精确，能量仓就能做得越窄(就能量单位而言)。

在图11中，曲线图1101是平滑的，没有任何可见的峰或光谱孔(spectralhole，光谱缺陷)。这样的光谱实际上很少获得，但它示出仅接收背景和随机散射辐射，而没有感兴趣元素的任何特征峰的情况。在图12中，曲线图1201在其他方面是相同的，但是存在感兴趣元素的特征峰1202。问题在于，所测量的样品中感兴趣元素的浓度太小，以至于特征峰1202的高度相对于处于相同能量范围的光谱的一般水平较低。因此，即使在该能量范围内观察到相对较多数量的光子，实际上其中相对较少的光子是来自感兴趣元素的荧光光子。

光子的能量与其波长成反比，因此当以上各种衍射晶体(diffractivecrystal)的波长选择性已被考虑时，能量选择性也可以被考虑。图13示意性示出配备有HOPG晶体的晶体衍射仪的辐射检测器可以接收到什么。HOPG晶体将导向至所述辐射检测器的荧光X射线的能量范围1301相对较宽，这是HOPG晶体相对适中的波长选择性的直接结果。然而，同时，HOPG晶体的衍射效率相对较好。因此，辐射检测器将接收落在图13中两个阴影区域内的相当大比例的光子。该附图是示意性的，因为它假设衍射效率为100％，而这在实际中是不可能的，但所选择的呈现方式有利于图形的清晰度。在能量范围1301的光子中，属于第一阴影区域1302的光子是背景和散射光子，而属于第二阴影区域1303的光子是来自感兴趣元素的实际荧光光子。

图14示意性示出配备有二氧化硅(或其他常规)晶体的晶体衍射仪的辐射检测器在相同情况下可以接收到什么。常规晶体将导向至其辐射检测器的荧光X射线的能量范围1401相对较窄，这是常规晶体相对较好的波长选择性的直接结果。然而，同时，常规晶体的衍射效率低于HOPG晶体的衍射效率。因此，辐射检测器将仅接收实际源自样品中感兴趣元素的有限比例的光子(参见图13中的阴影区域1303)。图14中的小峰1402代表在这种情况下实际上会被检测到的这些荧光X射线。

应当注意，尽管小峰1402相对准确地位于感兴趣的波长(即，感兴趣元素的特征荧光辐射)处，但在图12所示的原始光谱中，它仍然位于基本上连续的背景“之上”，连续的背景的水平取决于例如样品中的散射量。在这一方面，浆料作为样品尤其具有挑战性，因为浆料样品中的散射量可能会随着固体含量的变化而剧烈波动。当使用加速电压为50kV或接近50kV的典型X射线管作为入射X射线源时，散射X射线的能量通常与原子序数Z在41到60之间的元素发出的特征荧光辐射的能量重叠。因此根据图14的小峰1402，可能很难说，其中有多少是背景辐射，有多少是来自感兴趣元素的实际特征荧光辐射。

图15比较了两个曲线图，其中上部的曲线图1501被假定为连续的，尽管事实上它的一些最高峰高于可呈现的范围。上部的曲线图1501表示检测器可以在某一第一方向上从样品接收到的所有荧光X射线的光谱，而在它们之间没有任何晶体衍射仪或其他类型的波长色散区分(discrimination，筛选)。进行这种测量的优点是，发送到该方向上的预定的感兴趣元素的所有特征荧光辐射(同样)将在检测器处被接收，而不会因衍射仪导致任何损失。具有良好能量分辨率的检测器可用于从大的所接收的波长范围中仅分离出与感兴趣元素相关的能量。然而，检测器在每个单位时间内只能检测(且后续分析仪只能分析)某个最大数量的光子。如果由曲线图1501表示的频谱中包括的所有光子都将被检测到，则大部分检测能力和处理能力将被浪费在支持完全不感兴趣的频谱部分。同时，较高的入射X射线总强度会导致检测器受到较高的辐射损伤率，从而缩短检测器的寿命。

下部的曲线图1502表示检测器可以通过晶体衍射仪接收的X射线的光谱。该特定晶体衍射仪包括HOPG晶体，并且因此被配置成从传播到所述第一方向上的荧光X射线中分离预定的第一波长范围1301。该第一波长范围1301其中包括预定的感兴趣元素的特征荧光辐射，该预定的元素的原子序数Z在41到60之间，包括端值。曲线图1501和曲线图1502的比较显示，现在需要检测和处理的光子总数比如果需要考虑由上部的曲线图1501表示的所有光子要少得多。然而，在预定的第一波长范围内(特别是在其右侧部分，即较长波长部分)，HOPG晶体的良好衍射效率意味着不会损失太多光子：曲线图1502不会比曲线图1501低太多。在曲线图1502的情况下，感兴趣的元素线的强度然后实际上可以例如通过增加X射线管功率而进一步增加。这是可能的，因为与曲线图1501的情况不同，总强度不再受检测器的计数能力的限制。

对图15中的右侧的局部放大示出第一波长范围1301的某个子范围。示出了对应于检测器的三个相邻感兴趣区域1511、1512和1513的可检测光谱的部分。辐射探测器的能量分辨率良好；在所述感兴趣元素的特征荧光辐射能量下优于600eV；或者甚至优于300eV。这意味着，感兴趣区域1511、1512和1513中的光子计数可用于分别检测波长比所述感兴趣元素的特征荧光辐射略短的背景光子1514的数目和波长略长的背景光子1515的数目。

X射线荧光分析仪系统的处理部可以被配置成接收和处理由上述检测器产生的输出信号。具体地，处理部可以被配置成使用特定比例的所述输出信号来估计背景辐射1516的比例，所述输出信号在第一波长范围1301内但在感兴趣元素的特征荧光辐射的波长(感兴趣的中间区域1512)之外。所述特定比例可以指示波长略短于所述感兴趣元素的特征荧光辐射处的背景光子1514的数量，和/或波长略长于所述感兴趣元素的特征荧光辐射处的背景光子1515的数量。

这种估计的一种方式是线性插值法。处理部可以取左侧感兴趣区域1511中的光子计数和右侧感兴趣区域1513中的光子计数，并计算它们的平均值。然后，该平均值将被用作对中间感兴趣区域1512中的背景光子1516的数量的估计。然后，处理部可以被配置为通过从输出信号中减去所述特征荧光辐射(感兴趣区域1512)的波长处的所述估计出的背景辐射的比例，来计算所述感兴趣元素的所述特征荧光辐射的检测量。

在X射线荧光分析仪系统的设计中要考虑的一个因素是使用不同配备的检测通道的可能性。这里，“不同配备”主要指衍射仪晶体的选择和辐射检测器的选择。

图16示意性示出用于分析浆料样品的工业X射线荧光分析仪系统如何可以包括多个检测通道。检测通道在图16中以直线示出，因为表示是示意性的。实际上，它们可以例如以如图4和图5所示的旋转对称的方式围绕X射线管定位，每个都具有指向X射线荧光分析仪系统的浆料处理单元的视场。

图16所示的X射线荧光分析仪系统包括第一晶体衍射仪1601，该第一晶体衍射仪相对于所述浆料处理单元沿第一方向定位，所述第一晶体衍射仪1601包括第一晶体。第一辐射检测器1605被配置成以第一能量分辨率检测由所述第一晶体1602衍射的荧光X射线。X射线荧光分析仪系统包括第二晶体衍射仪1611，该第二晶体衍射仪1511相对于所述浆料处理单元沿第二方向定位，所述第二晶体衍射仪包括第二晶体1612。第二辐射检测器1615被配置成检测由所述第二晶体1612衍射的荧光X射线作为第二能量分辨率。

作为第一假设，可以假设第一晶体1602是热解石墨(HOPG)晶体，并且所述第二晶体1612是热解石墨以外的材料，例如二氧化硅、氟化锂、磷酸二氢铵或邻苯二甲酸氢钾。另外，作为第一假设，可以假设第一和第二晶体衍射仪被配置成将相同元素的特征荧光辐射导向至它们相应的辐射检测器。也就是说，这两个检测通道配备不同，但目的都是检测浆料样品中相同元素的存在和浓度。

因此，配置晶体衍射仪以将特定元素的特征荧光辐射导向其辐射检测器通常通过以下方式完成：1)选择在其网状平面之间具有特定距离的晶体；2)选择晶体和网状平面的曲率；以及3)选择晶体和一个或多个狭缝的角度和距离值，使得仅具有特定波长范围的X射线将到达检测器，所述特定波长范围包括感兴趣元素的所需的特征峰。感兴趣元素可以具有数个特征峰，因此说两个检测通道被配置成用于测量相同元素的特征荧光辐射并不一定意味着它们将被配置成用于测量相同的特征峰，尽管也不排除这种情况。

如果两个检测通道被配置成用于测量相同的特征峰，则它们产生的测量结果可以类似于图13(用于具有HOPG晶体的沟道)和图14(用于具有另一个晶体的沟道)中的测量结果。

图17示意性示出包括两个清晰峰(clear peak，明显的峰)1701和1702的荧光X射线光谱。在这种情况下，所选择的计算方法可以取决于峰1701和1702是否都是相同感兴趣元素的特征峰，或者它们中的一个是否是某个干扰元素的特征峰。更靠近能量轴的较小峰表示配备有常规(例如二氧化硅)晶体的检测通道将产生这两个峰的估计检测结果。

一个感兴趣的情况是峰1701和1702都是感兴趣元素的峰的情况。特别感兴趣的是，它们中的一个(这里：峰1701)是否更强，配置了配备SiO2的检测通道用于其测量。在这种情况下，可以开始使用两个通道的最佳特征：二氧化硅晶体的精确波长选择性可用来分离仅包括所需的特征峰的严格限定的波长范围1401，使得该峰的相对大的强度仍然在相对短的时间内在对应的检测器中给出足够数量的计数。同时，HOPG晶体的良好衍射效率可以用于分离包括另一较低特征峰的较宽波长范围1301。当两个检测通道的整体性能根据校准测量已知时，可以根据两个检测器给出的检测结果计算出感兴趣元素的浓度。

在特征荧光辐射包括具有41≤Z≤60的元素的K峰或L峰的许多情况下，上述种类的方法可以适用，其中Z是所述元素的原子序数。该方法的灵活适应性很好地适于对在Z≤8的主要元素组成的基质中包括一种或多种感兴趣元素的样品进行测量，其中Z是原子序数。例如，水基浆料就是这种情况。

上面已经讨论的关于使用两个检测通道的原理可以被推广到涉及使用三个或更多个检测通道。如上所述的检测通道的形式因子，即其中每个晶体衍射仪601被封闭在由第一平直表面701和与所述第一平直表面701平行的第二平直表面702界定的外壳中的形式因子，使得能够将多个检测通道作为“盒状部(cassette)”以例如围绕X射线管旋转对称的布局分布。来自被配置成检测相同元素的特征荧光辐射的检测通道的检测结果能够以如上所述的各种方式组合。如果检测通道被配置成测量这样两种或更多种感兴趣元素的特征荧光辐射，则大量检测通道允许同时计算样品中两种或更多种感兴趣元素的浓度。使来自被配置成检测不同元素的通道的检测结果互相关(cross-correlating)也是可能的。例如，如果一个元素具有两个特征峰，其中一个用专用的第一检测通道测量，而另一个接近另一感兴趣元素的特征峰，则来自第一通道的检测结果可以用于校正来自被配置成测量另一元素的特征峰的那个通道的检测结果。

找出感兴趣元素的实际浓度的任务可以采取如下参考图18所述的方法的形式进行描述。

该方法的目的是对浆料中预定的感兴趣元素执行X射线荧光分析，其中，所述预定的感兴趣元素的原子序数Z在41到60之间，包括端值。该方法包括沿第一光轴方向朝向所述浆料的样品发射入射X射线，从而产生荧光X射线。由于测量几何结构，荧光X射线的第一部分将被导向至第一检测通道。该方法包括在所述第一检测通道中使用具有热解石墨晶体的第一晶体衍射仪来从荧光X射线中分离预定的第一波长范围，其中，所述预定的第一波长范围包括所述预定的感兴趣元素的特征荧光辐射。

该方法包括将所分离的预定的第一波长范围内的荧光X射线导向至第一辐射检测器，在所述特征荧光辐射的能量下，该第一辐射检测器的能量分辨率优于600eV。检测器产生输出信号，指示检测到的光子及其能量。该方法包括使用所述第一辐射检测器的输出信号来估计所述第一波长范围内的背景辐射的比例，以及通过从输出信号中减去所述特征荧光辐射的波长处的所述估计出的背景辐射的比例来计算所述预定感兴趣元素的所述特征荧光辐射的检测量。

在图18中，输出信号1801被分成中档信号1802和条纹信号1803。这些定义假定，如图14、15和17所示，感兴趣元素的特征性荧光辐射的波长(也即能量)在某个范围的中间位置，从而可以在其两侧检查背景辐射的量。条纹信号1803用于例如通过线性或高阶内插来估计背景辐射水平1804。另一种可能性是仅在感兴趣元素的特征荧光辐射所在的感兴趣区域的一侧使用一个或多个能量仓，并根据这些能量仓推断(背景辐射水平)。背景辐射水平1804代表对主要感兴趣区域1802中的计数中有多少实际上是背景的最佳估计，因此步骤1805的计算实质上是减法，结果是给出感兴趣的信号1806。

一般而言，该计算可以包括使用除了感兴趣元素的特征荧光辐射所在的感兴趣区域之外的其他能量仓中的至少一个检测结果来计算背景辐射和来自所述元素以外的其他元素的荧光X射线的组合强度。该方法然后可以包括从包含所述样品中要测量的元素的所述荧光X射线的所述特征峰的波长范围中检测到的总强度减去计算出的背景辐射和来自所述样品中的除所述感兴趣元素以外的其他元素的荧光X射线的组合强度。该方法然后可以包括提供所述减法的结果作为所述特征荧光X射线峰的计算强度。

在用于分析浆料样品的工业X射线荧光分析仪系统的设计中，要考虑的一个因素是X射线管的功率，以及X射线管和浆料处理单元之间的区域的几何结构和尺寸。

图19示出使用所谓的传输几何结构的可能性。X射线管的辐射窗203在图19中的右侧可见，并且入射X射线通过初级滤光板205沿光轴204的方向发射。浆料处理单元201包括具有输出狭缝1902的腔1901，样品202在重力的影响下从该腔以幕状(curtain-like)形式流出并向下下落。入射X射线在相对较薄的下落浆料中产生荧光X射线。附图标记1903指向斜向后导向的荧光X射线，并且可以使用以非常类似于前面参考图2、图3、图4和图5描述的几何结构放置的检测通道(图19中未示出)来检测该荧光X射线。附图标记1904指向被导向至其他方向的荧光X射线，特别是被导向至在样品流的另一侧的方向。这些可以通过放置在该侧的检测通道(图19中未示出)来检测。这可能是放置检测通道的特别有利的方式，因为它们可以获得更好的视场，并因此获得更好的收集荧光X射线的空间效率。这也可能有助于使X射线管非常靠近样品。然而，必须注意的是，必须采取适当的辐射屏蔽几何预防措施，以防止任何入射X射线进入检测通道。

图20是X射线管402的输出部分的部分横截面。X射线管包括用于产生入射X射线的阳极2001。入射X射线将在光轴204的方向上朝向样品202发射，这里出于图形清楚的原因仅示意性示出样品而没有示出浆料处理单元。然而假设浆料处理单元被配置成在面向X射线管402的一侧维持浆料样品202的平直表面2002。如前所述，这可以例如通过提供具有由对X射线透明的材料制成的窗箔的样品窗来实现。样品窗可以设置在样品腔的壁中，用于在将浆料样品保持在样品腔中的同时，允许X射线通过。

图20中示意性示出的X射线管的其他部分是冷却水循环2003、用于发射加速电子的环形阴极2004和辐射窗203。

当目的是产生如此多的荧光辐射以至于甚至可以检测到非常小浓度的感兴趣元素时，如果可以使尽可能多的(具有足够的能量的)入射辐射的光子击中样品202，则是有利的。实现该目的的一个方式是有一个非常大功率的(very powerful)X射线管。根据一个实施例，X射线管402的输入功率额定值至少为400瓦。可以使用甚至更大功率的X射线管：根据其他实施例，X射线管402的输入功率额定值可以是至少1千瓦，或至少2千瓦，或甚至至少4千瓦。即使被宣布为X射线管输入功率额定值的功率只有一小部分最终将以所产生的入射X射线的形式出现，输入功率额定值仍然是X射线管产生入射X射线的高通量的能力的重要指标。

使用比以前功率额定值更高的X射线管意味着必须重新考虑与先前已知的较低功率的X射线源相关的辐射屏蔽。根据一个实施例，可以使用更厚的辐射屏蔽板和更密的辐射屏蔽材料来确保电离辐射不会泄漏到其可能是危险的区域中。

确保非常高通量的入射X射线击中样品202的另一种方式是使阳极2001和样品202之间的距离尽可能小。浆料处理单元可以被配置成在阳极2001和样品202之间维持最短的线性距离d，使得d短于50mm。在另一实施例中，d可以短于40mm。在另一实施例中，d可以短于30mm。

然而，必须注意，通常X射线管402的阳极2001越靠近样品202，围绕样品202的越大的空间角度被X射线管的结构所阻挡。这是需要考虑的重要因素，因为X射线管402的结构可能会阻挡检测通道的视场。缓解该问题的一种方式是使用所谓端窗类型的X射线管，而不是侧窗类型的X射线管。图20和图21可以被认为示出了端窗类型的X射线管的使用。在这种X射线管中，辐射窗203通常位于大致管状结构的一端，这在所述管状结构周围留下相对较大的自由空间用于放置检测通道。另一种可能性是使用侧窗类型的X射线管，并将检测通道放置在X射线管的一侧或两侧。

在到目前为止所描述的所有图中，X射线管402和样品202之间的光路也是直接的，这意味着在它们之间没有衍射仪。这是确保最大数量的入射X射线光子可以击中样品的另一种方式。首先，在X射线管和样品之间设置衍射仪将不可避免地意味着阳极2001和样品202之间的更长距离，因为需要为衍射仪保留一些空间。其次，衍射仪的本质是从初始辐射光谱中仅分离出某个波长范围，这必然意味着更少的入射X射线光子击中样品。在X射线管402和样品202之间不使用任何所谓的初级衍射仪的其他有利结果是同时提供(多个)入射X射线以激励样品中的多个元素的特征峰，并且存在较少的可能会阻挡检测通道的视场的结构件。

在图20中，X射线管402的光轴204垂直于样品202的平直表面2002。虽然这种布置为围绕X射线管402放置的检测通道提供了极好的旋转对称，但它不是唯一的可能性。图21示出可选实施例，其中X射线管402的光轴204与所述平直表面成倾斜角度。这样的布置可以有助于使阳极2001和样品202之间的最短线性距离d变得甚至更短，同时为X射线管402的至少一些侧面上的检测通道留下充分自由的视场。下面参考图22和图23进一步阐述该原理。

图22示出从样品方向看到的X射线管402和五个检测通道。X射线管402的辐射窗203在图的中间可见。用于接收荧光辐射的每个检测通道的入口窗位于相应的晶体衍射仪的近端端面中；入口窗2201作为示例示出。为了使所产生的荧光辐射尽可能大比例地进入检测通道，有利的是将这些入口窗放置在尽可能靠近样品的位置，并且还使得入口窗以尽可能大的空间角度看到样品表面。多个晶体衍射仪中的每个围绕X射线管402的光轴以相应的旋转角度定位。每个所述晶体衍射仪可以被配置成从传播到相应方向上的荧光X射线中分离预定波长范围，并且被配置成将在相应的所分离的预定第一波长范围内的荧光X射线导向至相应的辐射检测器。

图23示出从侧面看到的X射线管402和两个检测通道。样品窗301在图23中示意性示出：这示出浆料处理单元被配置成在面向X射线管402的一侧维持浆料样品的平直表面的区域。因此，这是应该在X射线管402的视场内的区域，以便使入射X射线击中样品。这还示出应在检测通道的视场中覆盖尽可能大的空间角度的区域，以便收集尽可能多的荧光X射线。

X射线管402的光轴204与所述平直表面成倾斜角度。第一晶体衍射仪1601围绕所述光轴204以那种旋转角度定位，以该旋转角度，所述样品的所述平直表面覆盖第一晶体衍射仪1601的视场的最大部分。假设没有其他结构阻挡可用视场的任何部分，实际上这意味着第一晶体衍射仪1601位于X射线管的对面，即，如果样品表面是镜面，则在沿着光轴204的假想光束将反射到的方向上。

第二晶体衍射仪1611围绕所述光轴204以另一旋转角度定位。在图23中，第二晶体衍射仪1611能够以被描述为最差可能的旋转角度定位，因为其样品表面的视野受到靠近样品窗301的X射线管402的边缘的限制。如果所述其他旋转角度与第一晶体衍射仪1601所处的旋转角度相差小于180度，则第二晶体衍射仪1611可以定位得更类似于图22中的多个其他晶体衍射仪中的一个。在这种情况下，样品窗301处的样品的平直表面将覆盖位于图23所示的两个极端之间的第二晶体衍射仪1611的视场的一部分。

根据一个实施例，在图22和图23中以最佳旋转角度(就视场而言)放置的第一晶体衍射仪1601是这样的晶体衍射仪，其中，衍射仪晶体是HOPG晶体，辐射检测器是固态半导体检测器。考虑到HOPG晶体的良好衍射效率，这样放置第一晶体衍射仪有助于保证最大数量的荧光X射线光子将最终到达检测器。如果有关于待测量样品中各种元素的假设浓度水平的一些先验知识，则有利的是将晶体衍射仪放置到最佳旋转角度，该旋转角度被配置成将预期具有最小浓度的感兴趣元素的特征荧光辐射分离出并导向至其相应的检测器。

在用于分析浆料样品的工业X射线荧光分析仪系统的设计中要考虑的一个因素是在具有除了热解石墨以外的其他材料的衍射仪晶体的那些通道中选择辐射检测器。诸如二氧化硅的常规衍射仪晶体材料的波长选择性相对较好，这可以理解为，使得在辐射检测器中不像使用HOPG晶体那样需要精确的能量分辨率。充气正比计数器可以在具有除了HOPG以外的衍射仪晶体的检测通道中以比固态半导体检测器有利地更低的制造成本提供相当令人满意的检测结果。

然而，前述内容不应被理解为反对选择固态半导体检测器也用于具有除了HOPG以外的衍射仪晶体的检测通道。同样，如果发现另一种类型的辐射检测器的能量分辨率足够，则不强制要求在配备有HOPG晶体的检测通道中使用固态半导体检测器。

图24至图27示出校准测量，其中纵轴代表用被测试设备的一个检测通道测量的浓度，该被测试设备是根据实施例的用于分析浆料样品的工业X射线荧光分析仪系统。横轴代表相同样品中的浓度，但使用实验室级设备(equipment)进行长时间测量，以便得到尽可能精确可靠的结果。为了使实验室测量与工业类型的测量是可比较的，对于实验室测量，对浆料样品进行干燥和均质，并通过计算补偿去水量。如果这种校准测量示出点沿着直线稳定分布(settle)，两个不同的设备给出高度匹配的结果，这意味着被测试设备非常精确。偏离直线示出被测试设备产生不精确的结果。

标度是任意的，但是图24和图25中的标度相同的，并且图26和图27中的标度相同的。在这些测量中，感兴趣元素都是金，但这些结果对于测量原子序数Z在41到60之间(包括端值)的感兴趣元素的特征荧光X射线也是足够参考的。图24和图25代表其中干扰元素的浓度低于300ppm的样品的测量，而图26和图27的测量的干扰元素的浓度在0％和2％之间变化。干扰元素是具有接近感兴趣元素的至少一个特征荧光峰的特征荧光峰的元素。

图24和图26代表使用在晶体衍射仪中具有二氧化硅晶体和将充气正比计数器作为辐射检测器的检测通道进行用被测试设备的测量的情况。图25和图27代表使用在晶体衍射仪中具有HOPG晶体和将固态半导体检测器作为辐射检测器的检测通道进行用被测试设备的测量的情况。

图24和图25之间的比较表明，当干扰元素浓度较小时，具有HOPG晶体和固态半导体检测器的检测通道比具有二氧化硅晶体和充气正比计数器的检测通道给出更精确的检测结果。用被测试设备的HOPG通道测得的浓度与实验室测得的浓度之间的平均误差为+/-0.24ppm，而用二氧化硅晶体和充气正比计数器(测量出)的可比较的平均误差为+/-0.56ppm。

图26和图27之间的比较表明，当干扰元素浓度显著时，具有HOPG晶体和固态半导体检测器的检测通道给出的检测结果不如具有二氧化硅晶体和充气正比计数器的检测通道精确。用被测试设备的HOPG通道测得的浓度与实验室测得的浓度之间的平均误差为+/-1.62ppm，而用二氧化硅晶体和充气正比计数器(测量出)的可比较的平均误差为+/-0.42ppm。

可以采取多种方式来利用图24至图27所示的结果。例如，用于分析浆料样品的工业X射线荧光分析仪系统可以配备有第一、第二和第三检测通道，其中第一和第二检测通道都配备有晶体衍射仪，该晶体衍射仪被配置成将相同元素(如银)的特征荧光X射线分离并导向至其相应的检测器。第一检测通道可以是具有HOPG晶体和固态半导体检测器的检测通道，第二检测通道可以是具有二氧化硅晶体和充气正比计数器的检测通道。第三检测通道可以配备有晶体衍射仪，该晶体衍射仪被配置成将干扰元素的荧光X射线分离并导向至其相应的检测器特征荧光X射线。然后可以分析所有三个检测通道的检测结果。如果由第三检测通道产生的检测结果表明在样品中存在显著浓度的干扰元素，则对银的浓度的计算将更多地注重(或甚至专门使用)第二检测通道的检测结果。相应地，如果由第三检测通道产生的检测结果表明在样品中仅存在很小(insignificant)浓度的干扰元素，则对银的浓度的计算将更多地注重(或甚至专门使用)第一检测通道的检测结果。

上面已经描述了用于分析浆料样品的工业X射线荧光分析仪系统的许多有利特征。最终，它们都服务于一个共同的目的，即以合理的成本，在工业环境可能处于的恶劣条件(测量时间短；极端温度；经常出现湿气、灰尘和污垢；维修间隔时间长等)下对各种浆料中的即使非常小的浓度的感兴趣元素进行可靠的测量。有利特征能够以多种方式彼此组合，使得最有利的组合可以取决于特定情况及其特定边界条件。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想能够以各种方式实现。因此，本发明及其实施例不限于上述示例，相反，它们可以在权利要求书的范围内变化。作为示例，即使银已经在上面被频繁地提到作为典型的感兴趣元素，相同的原理也适用于其他感兴趣元素的测量。这种其他感兴趣元素的示例例如是铌、钯、镉和钕。