X荧光能谱分析中探测器响应函数建立方法

在X荧光能谱测量及分析过程中,通过建立探测器响应函数,可以实现对X荧光能谱中的全能峰峰形描述,有助于提高X荧光能谱分析速度、准确度和自动化程度。在X荧光能谱测量中,针对半导体探测器建立响应函数模型的理论与建模技术,文中对三种典型探测器响应函数建模方法,以及全能峰标准差、法诺因子等关键参数的求取进行了论述,并对已有研究进行了总结和比较。最后,对X荧光能谱测量中探测器响应函数建模方法给出了建议。     

矿山尾矿中微量银元素快速检测方法的研究

针对矿山尾矿中微量银元素测定的技术难题,提出了一种基于超短光路原理的能量色散X荧光能谱快速检测的方法。提高元素测量分辨率,提高样品分析效率,降低光管功率,延长仪器使用寿命。能谱系统优化了滤片以及探测器屏蔽物等设计,准直器采用对X射线基本无散射的聚四氟乙烯,达到微量银元素的检测要求。实际尾矿测试中,银的检出限达到0.1 mg·kg-1,RSD在0.1%～2.6%之间,准确度在87%～115%之间。对比尾矿、原矿及精矿的检测实验,证明了在能量色散X荧光能谱中引入超短光路设计方法,能够提升系统峰/本底比,满足微量银元素的检测要求。     

杉木活性炭吸附处理水溶液中的尼古丁

用不同孔径及化学性质的活性炭对尼古丁水溶液进行吸附研究. 以杉木屑为原料, 分别用氯化锌化学活化法和水蒸气物理活化法制备活性炭, 并分别命名为AC-Z和AC-H. 同时选用椰壳基商品活性炭作为对比吸附剂, 命名为AC-C. 采用比表面积孔径测定分析仪及Boehm滴定法对活性炭进行表征, 分别测定其比表面积、孔径分布和表面官能团含量. 吸附实验主要考虑吸附时间、温度和尼古丁溶液的初始浓度三个因素, 实验数据分析结果表明微孔有利于物理吸附的进行, 而表面酸性官能团及金属原子作为吸附活性位的作用更加重要. 由改变温度对各样品的吸附量影响也能说明活性位在吸附中的作用. AC-Z拥有较多的活性位, 温度变化时尼古丁的吸附量先升高后减小, 这主要是由于适合的温度能加快尼古丁分子的离解并促使其与活性位相结合, 而过高的温度会造成尼古丁分子动能增加, 导致分子间碰撞的机率和强度增大, 使吸附在活性炭表面的尼古丁分子脱落. AC-H和AC-C由较多的微孔和不同程度的活性位组成, 优先发生物理吸附, 并且伴随发生吸附剂表面分子团簇现象, 其吸附趋势与AC-Z相反. 动力学研究表明活性炭对尼古丁的吸附反应非常迅速, 并且符合准二阶动力学程模型. 各热力学参数ΔG⁰, ΔH⁰和ΔS⁰的计算结果表明吸附剂对尼古丁的吸附为吸热和自发性过程.AC-Z和AC-H的ΔH⁰值远低于AC-C, 说明吸附剂表面的活性位对尼古丁分子有强烈的吸引作用, 所以吸附相同数量吸附质分子所需的吸附热更小, 这也说明了活性位在吸附过程中发生作用.     

能量色散X荧光分析中元素间效应的蒙特卡罗模拟

针对能量色散X荧光分析(EDXRF)技术中元素间效应实验研究的难点问题,采用蒙特卡罗方法对基于Si（PIN）探测器的EDXRF系统建立模拟模型,并对模拟微束软X射线注量谱建立了高斯展宽算法。对Fe-Ni样品进行模拟计算,表明经该算法展宽后的注量谱与实测K系特征X射线谱吻合度较高,并得到了各元素特征X射线归一计数与元素含量关系曲线,结果表明该方法可自行校正EDXRF中元素间效应,获得准确的元素K系特征X射线谱理论强度。     

核能谱单能峰快速高精度高斯函数拟合算法研究

在核能谱分析中,高斯函数最小二乘拟合法是计算单能峰净峰面积常用的方法,该方法精度较高,但噪声敏感性较强,导致拟合出的高斯函数在峰位附近的残差向量较大。针对该问题,对高斯函数最小二乘拟合法进行了详细推导,分析了峰位附近残差向量较大的原因,提出了一种基于高斯函数最小二乘拟合法的高斯函数加权最小二乘拟合法,即在高斯函数最小二乘拟合法的基础上,引入了权重因子。该权重因子与取对数后数据权重削弱趋势相反或与数据本身趋势相符,以减小噪声敏感性。由于在求解高斯函数参数的过程中涉及到求逆矩阵运算,计算量较大,耗时较长,为了提高实时性,将求逆矩阵的运算过程转换为了简单的方程组运算,并给出了高斯函数的幅值、中心及方差参数的快速求解公式。将这两种方法用于55Fe的特征X射线单能峰的实际拟合中,结果表明,高斯函数加权最小二乘拟合法效果均较好,这说明该方法降低了噪声敏感性,减小了高斯函数在峰位附近的残差向量,进一步提高了拟合精度。另外,使用快速求解公式,也减小了运算量,增强了实时性,为在便携式设备中的有效使用提供了可能。     

改进X荧光光谱仪快速检测土壤中重金属

针对传统能量色散X荧光仪(energy dispersive X-ray fluorescence,EDXRF)分析土壤中微量重金属测量精确度低的问题,提出了一种X荧光仪改进方法。为了减少反射X射线的影响,入射X射线垂直照射样品,探测器平行放置与样品一侧且垂直于X射线。样品与探测器之间由准直器连接。对国家标样测量结果表明,仪器对Mo,Zn,Cu,Pb,Zr,Nb的检出限为0.4,6.68,1.97,6.84,1.60,7.59 mg·kg-1。各元素对数偏差在0～0.05之间。元素含量在三倍检出限以上RSD%(GBW)小于7,元素含量在三倍检出限内RSD%(GBW)小于15。为了验证改进后X荧光仪测量效果,在大兴安岭地区采集土壤样品与传统荧光仪进行比较分析。改进X荧光仪提高了土壤中微量重金属测量精度,满足野外地质普查要求。     

X荧光分析仪中数字基线估计的研究

在数字化X荧光分析仪中,不稳定的基线电压,会直接影响到仪器的性能,造成能量分辨率下降。基于此,利用卡尔曼滤波算法,对数字化后的X射线荧光信号进行基线估计。由于现有的经典卡尔曼滤波、简化sage-husa和改进sage-husa算法模型进行基线滤波的效果都不佳,因此有必要对现有的算法进行改进和优化。提出双重遗忘法,建立新型的基于sage-husa自适应卡尔曼滤波算法模型。实验结果表明,利用该数学模型进行基线滤波,取得了很好的滤波效果。避免了滤波发散和基线收敛缓慢的问题,实现了脉冲基线恢复,提高了仪器的能量分辨率。     

基于X射线透射谱的铀浓度测量方法

在核燃料后处理流程中,需对工艺中的铀浓度进行准确测量。利用X射线管照射铀溶液,通过测量铀的L边界X射线透射谱确定铀浓度。文章设计了铀的L边界X射线透射谱测量系统。通过配制1~200 g·L-1铀标准溶液,建立铀浓度测量工作曲线,并对系统的精密度、准确度和稳定性进行测试。结果表明,铀浓度测量工作曲线线性拟合参数R2=0.999 9;系统对57.004 g·L-1铀溶液测量精密度为0.21%,对38.255 g·L-1铀溶液测量相对误差为0.32%;对2.236 g·L-1铀溶液进行连续测量,99.67%数据落在μ±3 s。     

Trapezoidal pulse shaping for pile-up pulse identification in X-ray spectrometry

Energy resolution is affected by the intrinsic energy resolution of the detector, ballistic deficit, pile-up pulses and noise. Pile-up pulses become the dominant factor that degrades energy resolution after the system is established, so pile-up rejection is often applied to obtain good energy resolution by discarding pulses that are expected to be contaminated by pile-up. However, pile-up rejection can reduce count rates and thus lower the measurement precision. In order to improve count rates and maintain energy resolution, a new method of pile-up pulse identification based on trapezoidal pulse shaping is presented. Combined with pulse width discrimination, this method is implemented by recording pulses that are not seriously piled up. Some experimental tests with a Cu-Pb alloy sample are carried out to verify the performance of this method in X-ray spectrometry. The results show that the method can significantly improve count rates without degrading energy resolution.