本发明涉及便携式分析仪和XRF分析方法,所述便携式分析仪包括:气压测量装置,用于测量环境气压;以及处理子系统,响应于检测器子系统和所述气压测量装置。所述处理子系统被配置为基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少一种低原子序数元素的x射线的强度来计算所述元素在试样内的含量。基于环境气压来校正强度值。所述XRF分析方法包括通过考虑气压来自动确定元素的含量。
1.一种便携式分析仪,包括:x射线源,被配置为发射x射线至试样;检测器子系统,响应于由所述试样放射出的x射线,并且输出所检测到的具有不同能量水平的x射线的强度;气压测量装置,被配置为测量环境气压;处理子系统,响应于所述检测器子系统和所述气压测量装置,并被配置为:基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少一种低原子序数元素的x射线的强度来计算所述元素在所述试样内的含量,其中所述计算包括基于所述环境气压来校正所述强度;以及存储的校准数据,其中,对于一种低原子序数元素,所述校准数据至少包括在不同气压下对应于该元素的已知含量的强度水平。
2.根据权利要求1所述的便携式分析仪,其特征在于,所述检测器子系统输出在校准气压P_c下对应于所述元素的已知含量的强度I,以及所述处理子系统在所述环境气压大于P_c时提高所述强度,并在所述环境气压小于P_c时降低所述强度。
3.根据权利要求1所述的便携式分析仪,其特征在于,所述处理子系统被配置为基于所述存储的校准数据来校正测量出的强度。
4.根据权利要求3所述的便携式分析仪,其特征在于,所述处理子系统被配置为计算在测量出的气压下对应于所述元素的吸收因子。
5.根据权利要求1所述的便携式分析仪,其特征在于,所述检测器子系统包括硅漂移检测器。
6.根据权利要求1所述的便携式分析仪,其特征在于,所述气压测量装置是气压计。
7.根据权利要求1所述的便携式分析仪,其特征在于,该便携式分析仪还包括温度传感器,所述温度传感器用于测量环境空气温度。
8.根据权利要求7所述的便携式分析仪,其特征在于,所述处理子系统进一步被配置为:基于所述环境空气温度来校正所述环境气压,并且基于校正后的气压来对所述强度进行校正。
9.根据权利要求8所述的便携式分析仪,其特征在于,所述处理子系统被配置为:基于测量出的温度和校准温度对测量出的气压进行校正。
10.根据权利要求8所述的便携式分析仪,其特征在于,所述处理子系统被配置为:通过确定所述校正后的气压和校准气压之间的差值并使用所述差值校正所述强度,来对所述强度进行校正。
11.根据权利要求10所述的便携式分析仪,其特征在于,所述处理子系统被配置为:通过确定校正因子来校正所述强度,其中所述校正因子是所述校正后的气压和校准气压之间的差值与校正系数的函数,以及对于已知的激发能,所述校正系数是通过经验确定的。
12.根据权利要求1所述的便携式分析仪,其特征在于,该便携式分析仪进一步包括围绕所述x射线源和所述检测器子系统的壳体,所述壳体包括窗口,所述x射线源发射的x射线穿过所述窗口到达所述试样,并且来自所述试样的x射线穿过所述窗口。
13.根据权利要求12所述的便携式分析仪,其特征在于,所述气压测量装置配置在所述壳体内。
14.一种XRF分析方法,包括:发射x射线至试样;检测由所述试样放射出的x射线,并且测量所检测到的具有不同能量水平的x射线的强度;测量环境气压;基于所检测到的能量水平对应于至少一种元素的x射线的强度来自动计算所述元素在所述试样内的含量,其中所述计算包括基于所述环境气压自动校正所述强度;以及存储校准数据,其中,对于一种元素,所述校准数据至少包括在不同气压下对应于所述元素的已知含量的强度水平。
15.根据权利要求14所述的XRF分析方法,其特征在于,对于在校准气压P_c下对应于所述元素的已知含量测量出的强度I,所述校正包括:在所述环境气压大于P_c时,提高所述强度;以及在所述环境气压小于P_c时,降低所述强度。
16.根据权利要求14所述的XRF分析方法,其特征在于,校正所述强度包括基于所存储的所述校正数据来进行校正。
17.根据权利要求14所述的XRF分析方法,其特征在于,进一步包括:测量环境空气温度,基于所测量出的温度来校正所测量出的气压,以及基于校正后的气压来校正所述强度。
18.根据权利要求17所述的XRF分析方法,其特征在于,基于所述测量出的温度来校正所述测量出的气压包括:基于所述测量出的温度和校准温度来校正所述测量出的气压。
19.根据权利要求17所述的XRF分析方法,其特征在于,校正所述强度包括:确定所述校正后的气压和校准气压之间的差值,以及使用所述差值来校正所述强度。
20.根据权利要求19所述的XRF分析方法,其特征在于,校正所述强度包括:确定校正因子,其中所述校正因子是所述校正后的气压和校准气压之间的差值与校正系数的函数,以及对于已知的激发能,所述校正系数是通过经验确定的。
21.一种XRF分析方法,包括:在校准气压和校准温度下使用XRF分析仪,以在元素的含量已知的校准试样内诱发荧光;检测该荧光,并且在所述XRF分析仪中存储在所述校准气压和校准温度下对应于所述元素的计数率;在环境气压和环境温度下使用所述XRF分析仪,以在所述元素的含量未知的现场试样内诱发荧光;检测该荧光,并且确定对应于所述元素的计数率;测量所述环境气压和环境温度;以及基于所述环境气压和环境温度以及所存储的在所述校准气压和校准温度下对应于所述元素的计数率来校正所确定的计数率。技术领域
本发明一般涉及一种便携式x射线荧光(XFR)分析仪。
背景技术
便携式XRF分析仪用于检测存在于试样内的元素。典型的便携式XRF分析仪包括用于将x射线引导至试样的x射线源以及响应于从该试样发射的x射线的检测器。分析仪处理该检测器所产生的输出信号,并根据对检测到的x射线光子数的计数将检测到的x射线光子的能量水平分割成数个能量子区间,以产生描述试样的x射线光谱的图。不同能量水平上的强度与不同元素的含量相对应。便携式XRF分析仪是已知的。参见,例如申请人的共同未决申请:2006年10月17日提交的题为“XRFxa0Systemxa0withxa0Novelxa0Samplexa0Bottle”的美国专利申请11/582,038以及2006年10月24日提交的题为“Fuelxa0Analysisxa0System”的美国专利申请11/585,367,上述申请具有一个或多个共同发明人并且具有相同的受让人,在此通过引用将其合并到本说明书中。同样参见美国专利6,501,825、6,909,770、6,477,227以及6,850,592,在此通过引用将这些专利均合并到本说明书中。操作员可以使用便携式XRF分析仪检查试样内是否存在特定元素,并且可具体应用在诸如合金、矿石和矿物分析、安全和执法、环保应用、艺术和历史工作、生物医学和制药应用以及工艺化学等领域。便携式XRF分析仪的另一关键用途是检测玩具和衣料中是否存在美国消费品安全委员会(CPSC)所列举的诸如铅等元素、以及检测欧盟关于限制使用特定有害物质(RoHs)指示所列举的元素。该指示限制在制造电气电子设备中使用诸如铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)和溴(Br)等特定有害物质。现有技术中,难以对由例如位于钠(Na)和氯(Cl)之间的元素等的原子序数较低的元素的原子所发射的低能量x射线进行分析。这是因为,这些x射线的低能量通常被环境大气(例如,空气)或材料本身所吸收。空气中天然存在的氩也非常高效地发出荧光,并且产生了光谱范围在与测量如S和Cl等的低原子序数元素中的某个元素时的光谱范围相同的背景噪声源。直到最近,为了精确地分析和检测这些低原子序数元素,必须去除分析仪窗口和检测器之间的空气。这可通过创造真空或者通过进行氦气净化以利用氦气代替分析仪窗口和检测器之间的空气来完成。真空或净化条件防止低能量x射线被环境大气吸收,并且提高XRF分析仪的灵敏度。参见美国专利公开US2008/0152079A1和US2007/0269003,在此通过引用将其合并到本说明书中。在US2007/0269003中,在真空室内具有气压传感器和温度传感器以确定该真空室内的空气密度。使用小型真空泵,并且基于真空室内的不同气压来对读数进行校正。然而,近年来检测器技术的改进已允许对低原子序数元素进行精确测量而无需真空或净化条件,该检测器技术的改进包括在便携式XRF装置中使用硅漂移检测器(SDD)。SDD技术通常能够以10倍以上的速率进行计数,并且具有较低的固有噪声。这些检测器的改进消除了前面提到的空气吸收问题,因而允许在常温常压下、即无需真空或净化条件的情况下更加有效地测量低原子序数元素。然而,即使采用SDD检测器,使用去除中间空气的净化或真空条件的确提高了分析的质量,这仍然是事实。一些便携式XRF装置制造商如今提供商用便携式XRF装置,以仅需试样窗口与检测器和/或x射线源之间的一般空气环境来使用SDD检测器技术测量低原子序数元素。
发明内容
在常温常压下分析低原子序数元素的便携式XRF分析应用仍存在极大问题。对于被测量的来自Na(Z=11)~Ti(Z=22)的x射线,特别是对于能量非常低的诸如Mg、Al和Si等的重要合金元素,从试样行进至检测器的x射线的数量基于环境气压而改变。这是因为,环境气压越高意味着能够吸收来自低原子序数元素的低能量x射线的空气分子越多,反之亦然。所报告的低原子序数元素的含量与从试样内的各低原子序数元素发出并被检测到的x射线的数量成比例。例如,所报告的Mg含量与从试样检测到的Mgxa0x射线的数量成比例。气压相对于工厂校准时的气压升高意味着(将因气压相对于校准时的气压较高而)检测到较少的Mgxa0x射线,反之亦然。这意味着对Mg的报告结果将依赖当地气压而改变,由此造成报告结果中的系统性误差。一般在特殊地理位置处(常见的是在工厂中)对便携式XRF单元进行校准,因而便携式XRF单元仅经受微小的气压变化。然后,在环境气压发生变化的各种气候和地形中使用上述便携式XRF单元。在一些情况下,便携式XRF单元被带至山区环境气压相当低的高海拔处。在其它情况下,便携式XRF单元被带至矿场内地下几百或几千英尺的位置处。在上述所有情况下,当地的实际气压相对于校准时的气压可以有很大不同。即使例如低气压锋面的缓和气压变化也将影响测量出的最低原子序数元素含量,这也是事实。便携式XRF分析仪由于能够现场快速提供精确的定量结果而被使用。期望操作员对因为天气或海拔所引起的气压变化进行手动校正或再校准根本不切实际。本发明的一个目的是提供一种改进的便携式XRF分析仪,并且这种分析仪提供环境气压测量值并将其报告至XRF处理器以现场校正对低原子序数元素的结果,从而说明海拔或当地气压的影响。操作员无需由于气压对低原子序数元素的影响而当地气压条件下进行结果校正或便携式XRF单元再校准。在一个实施例中,本发明在某种程度上起因于以下领悟:注意到既然在不利用真空或净化条件的情况下采用SSD来测量低原子序数元素在商业上是可行的,那么一种改进的便携式XRF分析仪通过使用便携式气压计来自动对对应于这些元素的结果进行校正以得到优良的分析数据也是可行的。位于窗口后级的检测器响应于从试样辐射的x射线。处理器,响应于所述检测器而分析被发射的x射线的光谱以检测低原子序数元素,并响应于用于检测分析仪的气压变化的气压传感器而自动校正报告的结果。可以将诸如飞思卡尔半导体公司(Freescalexa0Semiconductor)制造的型号为MPLxa0115A等的非常小巧的低功率气压计安装在便携式XRF装置内。不论气体类型或湿度如何,所述气压计测量气压值并将该值以数字形式报告至处理器。对于任何给定的测量,所述便携式XRF装置能够使用任何时间在当地测量出的气压和校准时的测量气压,来对所测量出的低原子序数元素的强度进行校正。因而,对于任何天气或海拔,便携式XRF装置都可自动校正被报告的低原子序数元素的含量。在一个例子中,本发明的特征在于一种便携式分析仪,该便携式分析仪包括:x射线源,被配置为发射x射线至试样;以及检测器子系统,响应于所述试样放射出的x射线并且输出所检测到的不同能量水平的x射线的强度。配置气压测量装置以测量环境气压。通常还包括温度传感器。处理子系统响应于所述检测器子系统和所述气压测量装置,并且被配置为基于所述检测器子系统检测到的能量水平对应于至少一种低原子序数元素的x射线的强度来计算所述元素在所述试样内的含量。所述处理子系统基于环境气压和环境温度来校正所述强度。检测器子系统通常输出在校准气压P_c下对应于元素已知含量的强度I。然后,所述处理子系统在气压大于P_c时提高强度,并在气压小于P_c时降低强度。进一步被包括的可为存储校准数据(曲线或公式),并且针对一种低原子序数元素的所述校准数据至少包括在已知气压下对应于所述元素的已知含量的强度水平。然后,所述处理子系统基于所存储的校准数据来校正所述强度。在一个优选实施例中,所述检测器子系统包括硅漂移检测器并且所述气压测量装置是气压计。还可以包括温度传感器以校正所述气压计输出的气压值。所述处理子系统优选地被配置为:通过基于测量出的温度和校准温度对测量出的气压进行校正,来基于所述测量出的温度对所述测量出的气压进行校正;通过确定校正后的气压与校准气压之间的差值并使用所述差值对所述强度进行校正,来校正所述强度;并且确定作为常数与所述差值的函数的校正因子,其中,对于已知的激发能,每种元素的校正因子是可以通过经验确定的。商用分析仪包括围绕x射线源和检测器子系统的壳体。所述壳体包括窗口,x射线穿过所述窗口到达试样,并且来自试样的x射线穿过所述窗口。气压测量装置配置于所述壳体中。本发明的特征还在于一种XRF分析方法,该XRF分析方法包括:发射x射线至试样;检测所述试样放射出的x射线;以及测量检测到的具有不同能量水平的x射线的强度。对环境气压进行测量。基于所检测到的能量水平对应于典型低原子序数元素的x射线的强度来自动计算该元素在所述试样中的含量。然而,在计算所述含量之前,基于所述环境气压来自动对所述强度值进行校正。对于在校准气压P_c下测量出的对应一种元素的已知含量的强度I,校正包括在气压大于P_c时提高所述强度并且在气压小于P_c时降低所述强度。所述方法还可以包括存储校准数据,其中针对一种元素的所述校准数据至少包括不同气压下对应于所述元素的已知含量的强度水平。于是,校正所测量出的强度包括基于存储的校准数据来进行校正。温度信息能够用来对测量出的气压进行校正。本发明的特征还在于一种XRF分析方法,该XRF分析方法包括在已知的校准气压和校准温度下使用XRF分析仪以在特定元素的含量已知的校准试样中诱发荧光。检测所述荧光并且在所述XRF分析仪中存储在所述已知的校正气压和温度下对应于所述元素的计数率。然后,在环境气压和环境温度下使用所述XRF分析仪以在所述元素的含量未知的现场试样中诱发荧光。检测所述荧光并确定对应于所述元素的计数率。测量所述环境气压和环境温度,并且基于所述环境气压和环境温度以及所存储的在所述校准气压和校准温度下对应于所述元素的计数率来校正所述确定的计数率。
附图说明
本领域的技术人员从以下优选实施例和附图的说明中将明白本发明其它的目的、特征和优点,其中:图1是描述与根据本发明的便携式XRF分析仪的实施例相关联的主要组件的框图;图2是示出按荧光能量水平和为每秒的计数形式的强度划分的所检测到的数种试样元素的图;图3是示出给定元素的强度水平如何随着环境气压变化而变化的图;图4是描述与图1所示的处理子系统的编程相关联的主要步骤、以及还示出与根据本发明的XRF分析的方法相关联的主要步骤的流程图;图5是示出体现本发明的手持式XRF分析仪的一个示例的示意性的三维正视图;图6A~6D是示出对应于四种不同的元素的作为气压(mBar)的函数并为每秒的计数形式的X射线强度的图;以及图7是描述运行在图1的处理子系统上的软件的操作的更加详细的流程图。
具体实施方式
除了以下所公开的优选实施例以外,本发明还能够通过其它实施例来实现并且能够以各种方式来实行或者执行。因而,应当理解,本发明不限于以下说明书所述的或者附图所示的组件的详细构造和配置的应用。如果这里仅描述了一个实施例,则本发明的权利要求书并不局限于该实施例。此外,除非存在表明特定排除、限制或放弃的明确可信的证据,否则不应当限制性地理解本发明的权利要求书。在一个例子中,图1的便携式XRF分析仪10包括:x射线源12,被配置为沿着第一路径16发射x射线至试样14;以及检测器子系统18,响应于被检测的试样14所辐射的沿着第二路径20的x射线。根据现有技术已知,检测器子系统18(通常包括一个或多个诸如硅漂移检测器等和分析仪的检测器)将检测到的如图2所示的不同能量水平的x射线的强度输出至处理子系统22。处理子系统22可包括处理器、便携式分析仪10的相关电路和/或运行在连接至分析仪10的计算机上的计算机程序,基于图2所示的在各个能量水平上含量与峰值强度之间的已知关系来计算图1的试样14中存在的不同元素的含量。例如,峰值30、32和34可以分别对应于镁、铝和硅。峰值的高度对应于这些元素不同的相对数量或含量。这样,可以将图1的试样14内的这些元素的含量显示在图1的显示器24上。还可以显示与图2所示相同的图形。如图3所示,在已知气压P₀下,对应于给定元素的已知含量,检测到的荧光x射线的强度将为I₀。然而,当在小于P₀的气压下(在高海拔处或者在处于低气压天气系统中的位置处)使用该分析仪时,用于吸收荧光x射线、特别是低能量x射线的空气分子较少,因而测量出的强度I₁大于I₀。相反,当在大于P₀的气压下(例如在低海拔处或者在处于高气压天气系统的位置处)使用该分析仪时,用于吸收荧光x射线、特别是低能量x射线的空气分子较多,因而测量出的强度I₂小于I₀。假定图1的试样14具有与在P₀下被测量的元素含量相同的含量时,则I₁和I₂都不正确。因而,根据本发明,图1的分析仪10包括诸如气压计26等的气压测量装置,气压计26被配置为测量分析仪内或分析仪附近的大气压力,其中该大气压力通常与存在于路径16和20中的环境空气压力相同。在一个例子中,图1的气压计26是飞思卡尔半导体公司(Freescalexa0Semiconductor)所制造的型号为MPLxa0115A的低功率MEMS气压计。另一例子是博世(Bosch)气压计BMP085。分析仪10还包括温度传感器25,用于测量环境空气温度。检测器子系统18输出为每秒的计数形式的强度值。处理子系统22读取气压值和温度值,并基于该温度将读取的气压(作为气压计26的输出)转换成实际气压或校正后的气压。然后,基于该校正后的气压来对强度值进行校正。然后,使用校正后的强度值来计算含量。参见,例如美国公开US2007/0269003,在此通过引用将其合并到本说明书中。处理子系统22因而基于气压计26所输出的气压来校正测量出的含量。在一个例子中,存储器28包括存储的校准数据(曲线或方程式),对于一种低原子序数元素,该校准数据至少包括在已知气压下对应于该元素的已知含量的强度水平。然后,处理子系统22被配置为基于所存储的校准数据来对测量出的强度和含量进行校正。通常,当检测器系统输出在校准气压P₀下对应于给定元素的已知含量的强度I时,处理子系统在测量出的气压大于P₀时提高测量出的含量,并在该气压小于P₀时降低测量出的含量。对于如图3所示的元素,存储器28可以包括在已知的校准气压P₀下对应于峰值I₀的已知强度。可以假定P₀是标准气压或者在校准时点下的实际气压。然后,对于该元素的未知强度,对处理子系统22进行编程以基于以下参数或作为以下参数的函数来计算对应于该元素的强度:1)测量出的峰值(在上述例子中为I₁或I₂);2)图1的气压计26测量出的气压;以及3)在已知气压下对应于该元素的已知含量的强度值。在一个典型实施例中,在图4的步骤40中,处理子系统22被配置为(即,被编程为)在接收到来自用户的命令时激励x射线源12。在步骤42中,分析检测器子系统的输出。对元素测量为每秒的计数形式的强度值。在步骤44中,从图1的气压计26自动读取环境气压(P_m)。还在步骤46中读取温度(T_m)。然后,在步骤48中,基于该温度校正从气压计读取的气压。校正后的气压或实际气压(P_E)为:P_m*T_nom/T_m,其中T_nom=300Kxa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)然后,在步骤49中,利用数据库28内的数据(强度相对气压的曲线或者该曲线的方程式),使用校正后的气压来校正作为来自检测器的输出的强度值。根据利用气压校正后的强度值,能够计算该元素的含量,然后优选地针对所检测到的所有元素重复该处理。然后,通常显示这些结果。应当注意,为了使仪器的实时测量性能最优,无需对所检测的所有元素应用该处理。相应的,可以仅对关注的所检测到的元素(例如,低原子序数元素)进行该处理以最少化处理时间。在一个例子中,利用测量出的气压与标准气压(1013mBar)(P_nominal)之间的差值。该气压差(P_diff)为:P_diff=P_nominal-P_m(corr)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(2)使用该差值来计算应用于强度值的校正因子,其中上述强度值被该装置的x射线检测器子系统检测到:校正因子=exp(-C_E*P_diff)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3)其中,C_E是对于已知的激发能E_o,提供给每个元素E_i的通过经验确定的因子。P_diff=P_o-P_E。C_E的值大于1导致强度值提高,C_E的值小于1导致强度值降低。图1的处理子系统22能够从存储器28内的预先计算出的查找表中获得校正因子数(corrFactorxa0number),这允许将该计算最优化为单个步骤。若需要,可使用1013mBar和300K以外的校准气压。如图7的70所示,至处理子系统的输入包括x射线能量E_m(来自图1的检测器子系统18)、测量出的气压P_m(来自图1的气压计26)以及测量出的温度T_m(来自图1的温度传感器25)。在步骤72中,使用存储在图1的数据库28内的表来为E_m确定校正系数C_E(参见方程3)。如果无法获得针对特定x射线能量E_m的C_E,则利用存储在上述表中的值进行插值来得出对应于该特定能量的校正系数C_E。此外,如果P_m和/或T_m由于某些原因而不可用,处理不应当停止,因此可在步骤74~78中将P_m和T_m设置为标称值P_o或T_o(或者P_m和T_m可以是用户定义的输入)。在一个例子中,P_o是标准气压(1013mBar)并且T_o是标准温度(300K)。如果使用这些标称值,则如步骤79所示,校正因子(参见方程3)为1。在大多情况下,P_m和T_m是可用的,并且在步骤80中,如上所述参考方程(1)来计算实际气压。步骤82示出如何利用P_o、P_E和C_E来计算校正因子。使用步骤84中返回的校正因子来执行图4的步骤49~51。使本发明具体化的图5所示手持式XRF分析仪10包括壳体50和气压计26,壳体50包括图1所示的组件。气压计26可以安装在分析仪壳体50内的印刷电路板上。在前端52处还具有窗口,其中x射线透过该窗口到达试样以及来自试样的x射线透过该窗口。还示出了显示器24和电池盒54。包括本发明的便携式手持XRF分析仪的例子可包括本申请人出售的Deltaxa0XRF分析仪。环境空气可被允许进入壳体以便测量环境气压和环境温度。在XRF分析仪中,试样、检测器和x射线源之间的区域内的空气吸收导致低能量x射线的信号大幅衰减。如果上述区域内的气压相对于工厂校准时的气压改变了,则测量精度受到影响。空气能够使从x射线源到试样和从试样到检测器的x射线都衰减。能量越小,衰减量越大,因此例如镁(1.25keV)所受到的影响比铝(1.48keV)或硅(1.74keV)所受到的影响更大。公开了一种基于变化的气压和温度来对结果进行自动现场校正的方法。一个优选的方法在已经是XRF分析仪中的标准配置的现有温度传感器25以外,还利用添加至XRF分析仪的内部的图1的气压传感器26。这种信息然后被用于确定作为温度和气压的函数的空气吸收值的影响。作为空气温度和气压的函数所确定的物理量是差分吸收值(从一种气压和温度到另一种气压和温度的校正)。由以下方程来给出上述差分吸收值:吸收值A(P,T)=exp(-ρ*K(E)/L)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(4)其中,K是在能量为E时所求出的依赖能量的吸收截面(以cm²/g为单位),L是从试样14到检测器18或者从x射线源12到试样14的路径长度。K值及其能量依赖性能够从材料数据表中获得(一个例子是能够从美国科学和技术研究院获得的XCOM程序)。唯一未知的是表征气体密度的以g/cm³为单位的物理量ρ。该值是温度和气压的函数,为此可用理想气体定律来替代为:ρ=P/(RT)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(5)这里,P是气压,单位为mBar;T是温度(绝对温度),单位为K;R是以适当选择的单位所表示的气体常数,该适当选择的单位包括空气摩尔质量。利用这种替代,吸收方程变成如下的气压和温度的函数:A(P,T)=exp(-P*K(E)/(RTL))xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6)在x射线源、试样和检测器之间的区域内由于源x射线和荧光x射线这两者的空气吸收而引起的总吸收的方程如下。通过以下公式给出该总吸收方程,并且该总吸收方程说明了对从x射线源朝向试样行进的源x射线和从试样内发荧光的低原子序数元素朝向检测器行进的荧光x射线的吸收值,其中该吸收值依赖于气压和温度:A=exp(-P*K(E_i)/RTL_i)*exp(-P*K(E_o)/RTL_o)xa0=exp(-P/T*(K(E_i)/L_i-K(E_o)/L_o)*R)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(7)在上述方程中,物理量的定义如下:E_o是入射x射线的能量,单位为keV。为简单起见,假定E_o是来自x射线源的x射线的平均能量。在以采用更复杂但众所周知的公式时可以放宽这种假定。还可以进行其它假定。E_i是所检测到的来自元素“i”的荧光x射线的能量。L_T是从x射线源的出口到试样的路径长度,单位为cm。L_P是从试样到检测器的路径长度,单位为cm。校正的最终形式基于在已知的气压值P_c和温度值T_c下于分析仪校准期间的空气吸收值、与在气压值P_m和温度值T_m下于给定试样测量期间发生的空气吸收值之间的差值。校正的最终形式是用于计算对在不同于校准期间的气压值和温度值下的吸收值进行校正的校正值的方程:A(final)=exp-{[P_m/T_m*(K(E_i/L_D-K(E_O)/L_T)*R)]-[P_C/T_C*(K(Ei)/L_D-K(E_o)/L_T)*R]}xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(8)如果在数据处理时,将包括校准值和未知值的所有测量值都校正为单个的标称的气压和温度以及标称密度,则能够进一步减小校正。还可以将温度表示为在标称温度下将导致相同的密度的实际气压变化。如图6所示,已测量出吸收值并且将其与利用上述公式所得的预测值进行比较。首先在工厂校准条件下对Mg、Al、Si和P的纯净试样测量环境气压下的计数率,并将这些物理量称为I_c(Mg)、I_c(Al)、I_c(Si)和I_c(P)。然后在围绕试样、x射线源和检测器的区域内创建低至100mBar的真空,并且在100mBar和大气压之间的数个不同气压值下利用相同的纯净试样测量Mg、Al、Si和P的x射线计数率。然后,通过以下的乘法运算给出这些不同气压下的预测计数率。I_c(Mg)*A_final(Mg)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(9)其中,A_final(Mg)是在各种气压值以及镁的K-αx射线能量下求值并通过上述公式计算出的吸收因子。除了分别使用Al、Si或P的K-αx射线能量来确定吸收因子以外,通过相似的方程来给出对应Al、Si和P的预测计数率。XRF单元所包括的内部气压传感器提供气压值。如图6A~6D所示,Mg、Al、Si和P这四种元素在数个气压值下测量出的强度被吸收因子与在某个环境气压I₀下测量出的已知计数率的乘积完美再现。校准数据可以是实际曲线或者对应这些曲线的公式。假定对于Al(能量水平1.48keV),检测器输出每秒的计数为1000的强度。气压计输出的气压值是100kPa。确定温度并基于该温度将100kPa的气压值校正为95kPa。在较低的气压下,传输率增加了2.16%。然后,基于950kPa的校正后的气压来将1000计数的强度水平校正21.6以使得强度水平被校正为978.4计数(1000-1000×21.6%)。在便携式XRF分析仪中,为了在环境气压变化时自动校正测量中的特定元素的结果,在一个例子中,可以执行以下的步骤。分别在已知的环境气压P_c和环境温度T_c下对XRF分析仪进行工厂校准,由此获知对应各种元素(i)的元素计数率I_c(i)。实际上,仅需对诸如Mg、Al、Si、P和S等的低原子序数元素进行这种校正,但对所有试样都作记录。因而,XRF分析仪中的如图1所示的处理子系统22存储被测量的元素的校准强度,如对应于Mg的I_c(Mg)、对应于Al的I_c(Al)等以及在校准时的温度和气压下的测量值T_c和P_c。存储器28包含这些值。在现场使用期间,XRF分析仪测量各种元素“i”的计数率I_m(i),并且还利用便携式气压传感器26和温度传感器25来测量环境气压值P_m和环境温度值T_m。处理子系统22计算在新的气压值P_m和温度值T_m下对应于各元素“i”的吸收因子A_final(i)。然后,处理子系统22根据乘积I_m(i)=I_c(i)_Afinal,来针对各种感兴趣的元素计算对纯元素的计数率形式的校准强度进行校正的校正值。例如,I_m(Mg)=I_c(Mg)*A_final为了计算元素“i”的包含了气压和温度变化的影响的校正后的含量,分析仪使用新的校准强度I_m(i)。还对其它的感兴趣的元素,例如Al、Si和P,进行上述处理。尽管本发明的特定特征在一部分附图中示出而未其它附图中示出,但这仅仅为了方便起见,因为根据本发明可以将每个特征与其它特征中的任何特征或所有特征相结合。在此使用的术语“包括”、“包含”、“具有”以及“具备”应当广义且全面地进行解释并且不局限于任何物理互连。此外,本申请所公开的任何实施例不应当被看作为唯一可能的实施例。其它实施例对本领域的技术人员而言将是显而易见的并且在所附权利要求书的范围内。另外,在本专利的专利申请的审查过程期间进行的任何修改均不是对所提交的申请中的任何权利要求要素的放弃:无法合理地期望本领域的技术人员撰写从字面上包含所有可能的等同对象的权利要求书,许多等同对象在修改时无法预见且超过要放弃的范围(如若存在)的合理解释,作为该修改的基础的基本原理与多个等同对象之间的关系是非相关的,以及/或者存在许多无法期望本申请人描述对任何修改后的权利要求要素的非实质性替换的其他理由。