本發(fā)明涉及一種測量含硅或鋯元素的物質中磷元素熒光吸收譜的方法及系統(tǒng)，解決這種存在大量干擾元素(硅)和低濃度待測元素(磷)的樣品的吸收譜測量問題。

背景技術：

Johansson型晶體：晶體彎曲成半徑2R，然后把表面打磨成半徑R的形狀(即晶體的表面曲率半徑為R，而晶面的曲率半徑為2R)。Johansson型晶體帶來的結果是從樣品上點源發(fā)射的X射線可以在幾乎整個晶體表面發(fā)生衍射并聚焦在探測器上相同的點，這樣接收效率實現(xiàn)最大化。

SDD：Silicon Drifed Detector硅漂移探測器。

土壤中磷的含量較低(質量百分比在萬分之幾至千分之幾之間)，考慮到土壤是不導電的，所以常用熒光法測量磷的K邊吸收譜。熒光法是通過測量被激發(fā)樣品發(fā)射的熒光譜，提取感興趣元素的熒光強度實現(xiàn)的。熒光探測器采用的是具備能量分辨的能量色散型探測器系統(tǒng)(例如鋰漂移硅探測器Si(Li)、硅漂移探測器SDD及其陣列或者多元型)。類似的，吸附污水中磷的吸附劑包含大量二氧化鋯，在通過測量磷的吸收譜研究該吸附劑的吸附機制時發(fā)現(xiàn)，鋯的熒光發(fā)射線與磷的熒光發(fā)射線相差約30eV，熒光探測器無法將兩條發(fā)射線分開。

通常測量樣品中元素吸收譜的方法是(如圖1所示)：將特定能量的X射線(單色X射線)照射到待測樣品上，X射線相對樣品成45度角入射。垂直于入射單色X射線的探測器相對樣品成45度角接收樣品發(fā)出的熒光。掃描入射單色X射線的能量，連續(xù)記錄探測器探測到的磷元素的熒光總計數(shù)，得到樣品中磷元素的吸收譜。但是土壤中含有大量的硅元素(含量通常高達33％)，硅元素產(chǎn)生的熒光強度太強，遠遠超過了探測器容許的輸入計數(shù)率，使探測器的死時間很高而不能正常工作。此時，能夠采用的方法有兩種，一種是在樣品與探測器之間增加衰減片衰減熒光強度，另一種是將探測器遠離樣品，增加探頭到樣品的距離以降低探測器的接收立體角，達到減少接收熒光強度的目的。

磷的K吸收邊能量為2153eV，其熒光發(fā)射線的能量約為2013eV，它們均屬于軟X射線能區(qū)，容易被空氣吸收，因此，吸收譜的測量需要在真空環(huán)境下進行。如圖1所示的入射單色X射線、樣品以及探測器探頭均在真空環(huán)境下。前面提到的熒光強度衰減方法，無論是加衰減片還是增加探頭和樣品之間的距離，均是降低所有熒光的強度，既顯著降低了硅的熒光強度，也降低了感興趣的磷的熒光強度。如前所述，土壤中磷的含量本來很低，采用的兩種方法均顯著降低了磷的熒光強度，強度降低會降低吸收譜信噪比；此外，硅和磷兩種元素的原子序數(shù)相鄰，它們的熒光發(fā)射線能量相差只有不到200eV，現(xiàn)有的熒光探測器分辨率不能使兩種元素的熒光峰完全分離，此時熒光強度雖然滿足了探測器要求，但是硅和磷熒光峰的強度的比例關系沒有變，在設定的磷元素熒光的感興趣區(qū)內會有較高的硅的熒光計數(shù)，這會給磷的吸收譜帶來一個較高的背底，信號背底比的增加會進一步降低吸收譜的信噪比。而且，真空腔體的大小是有限制的，探頭到樣品的距離不能無限制增加。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種測量含硅或鋯元素的物質中磷元素熒光吸收譜的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明能夠將土壤樣品中硅元素的熒光消除，讓探測器只探測到有用的熒光(磷的熒光)，解決因為硅的熒光太強使探測器不能很好工作測量磷的吸收譜的問題。除了土壤中的磷之外，該發(fā)明也適用其它問題體系，例如一種用于吸附污水中磷的吸附劑，該吸附劑包含大量二氧化鋯，在通過測量磷的吸收譜研究該吸附劑的吸附機制時發(fā)現(xiàn)，鋯的熒光發(fā)射線與磷的熒光發(fā)射線相差約30eV，熒光探測器無法將兩條發(fā)射線分開，本發(fā)明也可以解決這個問題。

本發(fā)明通過在樣品和探測器之間增加一塊晶體，利用晶體的布拉格公式，僅使土壤中磷的熒光被晶體衍射出來被探測器探測，獲得土壤中磷元素的熒光吸收譜。

本發(fā)明的技術方案為：

一種測量含硅或鋯元素的物質中磷元素熒光吸收譜的方法，其步驟為：

1)選取一含硅或鋯元素的樣品，根據(jù)布拉格定律、磷元素的Kα發(fā)射線的波長λ和選取的衍射單元確定出該樣品與衍射單元、探測器之間的位置；其中，該樣品、衍射單元以及探測器探頭處于真空環(huán)境；

2)將X射線入射到該樣品上，該衍射單元將該樣品發(fā)出的滿足布拉格定律的熒光衍射到該探測器。

進一步的，該衍射單元為一Johansson型晶體；該樣品、Johansson型晶體和探測器探頭位于同一圓上，該圓半徑為Johansson型晶體表面的曲率半徑，樣品到Johansson型晶體以及Johansson型晶體到探測器的距離相同。

進一步的，依據(jù)布拉格定律2dsinθ＝mλ確定出該樣品與衍射單元、探測器之間的位置；其中，d為Johansson型晶體的晶格間距，θ為X射線與Johansson型晶體表面之間的夾角，m為衍射級次。

進一步的，該衍射單元為一曲率半徑為100mm的Johansson型Ge(111)晶體。

進一步的，該樣品為土壤或用于吸附污水中磷的吸附劑。

進一步的，將X射線聚焦垂直入射到該樣品上。

進一步的，通過一毛細管聚焦裝置將X射線聚焦垂直入射到該樣品上。

一種測量含硅或鋯元素的物質中磷元素熒光吸收譜的系統(tǒng)，其特征在于，包括一含硅或鋯元素的樣品，衍射單元以及探測器；其中，根據(jù)布拉格定律、磷元素的Kα發(fā)射線的波長λ和選取的衍射單元確定出該樣品與衍射單元、探測器之間的位置；該樣品、衍射單元以及探測器探頭處于真空環(huán)境；該衍射單元用于將該樣品被激發(fā)出的滿足布拉格定律的熒光衍射到該探測器。

進一步的，該衍射單元為一Johansson型晶體；該樣品、Johansson型晶體和探測器探頭位于同一圓上，該圓半徑為Johansson型晶體表面的曲率半徑，樣品到Johansson型晶體以及Johansson型晶體到探測器的距離相同。

進一步的，還包括一毛細管聚焦裝置，該毛細管聚焦裝置用于將X射線聚焦垂直入射到該樣品上。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的積極效果為：

本發(fā)明使用晶體依據(jù)布拉格公式將土壤樣品發(fā)射出的熒光中有用的(磷的熒光)部分衍射出來由探測器測量，而且強度非常高的無用的(硅的熒光)部分因為不滿足布拉格公式而不能被晶體衍射出來，使探測器測量不到無用的硅的熒光信號。因為探測器測量到的只有磷的熒光信號，探測器的死時間在正常范圍，不會因為測量到強度很高的硅的熒光使死時間很高而不能正常工作。

從圖2中可以看到，樣品、晶體和探測器的位置相對固定，位于虛線圓上。不需要像以前的方案一樣需要大范圍調節(jié)樣品到探測器探頭的距離。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)土壤樣品中磷元素吸收譜的測量方法；

圖2為本發(fā)明土壤樣品中磷元素吸收譜的測量方法。

具體實施方式

下面結合附圖，對優(yōu)選實施例作詳細說明。應該強調的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。

本發(fā)明是在樣品和探測器之間光路上增加衍射單元，比如一塊晶體(如圖2所示)，依據(jù)布拉格定律2dsinθ＝mλ(d為衍射材料的晶格間距，θ為X射線與衍射元件表面之間的夾角，m為衍射級次，是一個整數(shù)，λ為特征X射線的波長)，選擇衍射到探測器的波長是通過改變晶體相對樣品的位置實現(xiàn)的。因為只有滿足布拉格定律的特征X射線(特定波長λ)才能衍射出來，其它元素發(fā)出的特征X射線干擾本身被減小。

首先垂直入射到樣品上的X射線使用毛細管聚焦裝置進行聚焦，使聚焦得到的最小光斑位于樣品上。然后樣品發(fā)出的熒光(X射線)由一塊Johansson型Ge(111)晶體接收，接著滿足布拉格定律的熒光被晶體衍射，而不滿足布拉格定律的被晶體吸收。最后衍射光由SDD探測器接收。圖2中樣品、晶體和探測器探頭位于虛線圓上，虛線圓半徑即為Johansson型晶體表面的曲率半徑，樣品到晶體以及從晶體到探測器的距離相同，熒光入射到晶體中心位置時入射角為19.51度(對應的布拉格角θ＝79.49度)。

當使用的Ge(111)晶體表面的曲率半徑為100mm時，下圖中虛線圓半徑為100mm，則樣品到晶體以及晶體到探測器的距離均為188.52mm；目前Ge(111)晶體能夠做到的最小表面曲率半徑是100mm，本發(fā)明之所以采用最小曲率半徑的晶體，是為了提高晶體的接收效率(因為晶體離樣品最近)，以使探測器能夠獲得最大的信號。當單色X射線聚焦后垂直入射到土壤樣品上，晶體接收樣品發(fā)出的熒光(X射線)，只有滿足布拉格公式的能量為2013.7eV的熒光(磷的Kα發(fā)射線)能夠被晶體衍射，衍射光由SDD探測器接收并探測。而能量為1739.8eV的熒光(硅的Kα發(fā)射線)不滿足布拉格公式而不能被晶體衍射。因為探測器只接收到磷的熒光，而避免了接收到強度非常高的硅的熒光，所以探測器可以工作在很好的狀態(tài)下，解決了土壤中磷元素的吸收譜測量問題。注意：圖2中毛細管、樣品、Ge

(111)彎晶及探測器探頭是處于真空環(huán)境下的。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。