本公司在国内最先推出达国际先进水平的 单色高衍射效率点对点聚焦的 对数螺线旋转双曲面人工晶体(LSDCC)

本公司主要从事各种电子仪器特别是X射线类仪器的开发和生产。本公司的主要产品是X射线荧光光谱仪,无论是小型的X荧光钙铁分析仪、测硫仪、硫钙铁分析仪、多元素分析仪,还是大型的X荧光波长色散光谱仪都是XRF光谱仪。这些XRF光谱仪本公司已生产了一万多台。但这些XRF光谱仪都是属于传统意义上的XRF光谱仪。 传统意义上的XRF光谱仪虽然具有速度快、精度高、分析时不接触不破坏样品、制样方便、无需化学试剂等特点,但它主要用于常量的测量。

近年来,随着小康目标的基本达成我国正大踏步迈向发达国家,普通民众对环境保护的意识越来越提高。为降低对环境有害污染物的排放,国家提高和制定了多项质量标准,对诸如油品、土壤、食品、大气等中的微量有害元素的探测限的要求越来越高。如:车用燃油的质量标准,其中对硫浓度的限量要求从50ppm(车用汽、柴油国IV)降低到10ppm(车用汽、柴油国V、国VI);如对汽、柴油中硅,氯元素的限量要求达到1ppm。国家环保部制定了多项标准,如HJ829-2017环境空气颗粒物中无机元素的测定能量色散X射线荧光光谱法、HJ830-2017环境空气颗粒物中无机元素的测定波长色散X射线荧光光谱法、HJ780-2015土壤和沉积物无机元素的测定波长色散X射线荧光光谱法等等。

降低XRF光谱仪检出限的途径是增加有效辐射和降低背景信号。近来,X射线光学器件得到很大的发展。一种现有的X射线光学器件,双弯曲晶体DCC(Doubly Curved Crystals),其基于光学晶体(例如,锗(Ge)或硅(Si)晶体)对X射线源发散辐射的聚焦并同时进行单色化。使用这种DCC的低功率X射线源XRF光谱仪,其检出限能达到亚ppm级别。

本公司自2016年年初起开始研制DCC晶体。本公司集聚公司所有精英,查阅了大量国内外技术资料和专利,做了大量的实验,试制了不同材料做成的不同类型的DCC晶体。

我们试制了锗(Ge)、硅(Si)、氟化锂(LiF),石英等天然晶体,虽然它们的衍射效率较高,但这些晶体的光谱分辨率太高,只能部分衍射X光管靶材的特征X射线,所以积分反射率低。我们就对各种人工晶体进行了研究实验,发觉大部分的人工晶体,如在波长色散XRF光谱仪中用的最多的多层晶体,其衍射效率还低于天然晶体,虽然它们的光谱分辨率不高,但积分反射率也较低。最终我们找到了我们称之为DM的人工晶体,DM晶体的积分衍射率是天然晶体的3到10倍,是目前世界上最高的。

我们还对双弯曲面进行了研究。诸如半聚焦(Johann)旋转,全聚焦(Johansson)旋转和对数螺线(Logarithmic Spiral)旋转等。半聚焦基于约翰几何形状,一个限制是低辐射收集角,克服这种限制的方法已在美国专利No.5,127,028和美国专利No.7,035,374中公开,但仍然有局限性,这2个专利都使用多个衍射晶体进行拼接的方法,所以难以制造。全聚焦基于约翰逊几何形状,理论上全聚焦是完全满足衍射条件且是点对点聚焦的,所以是最好的。但全聚焦DCC的制造工艺极其复杂,除弯曲外它必须有一个磨成2R曲面的过程,人工晶体是不可能磨制的,而天然晶体如Si,Ge等是很脆的,极不容易磨制,所以至目前在国内外未见有成功制造商业化全聚焦DCC晶体的报道。对数螺线基于对数螺线几何形状,理论上与全聚焦相同,也是完全满足衍射条件的,不同的只是对于点光源聚焦于一个区域,而不像全聚焦是聚焦于一个点。但这个区域是很小的,一般只有2mm左右,对于在X射线荧光光谱仪中用作激发光源单色器的X射线光学器件,可认为是点对点的。另外,它可以采用所有晶体包括人工晶体制造,并且一般情况下不用拼接,容易制造。

最终经本公司技术精英2年多的刻苦专研,研制成对数螺线旋转双曲面人工晶体(LSDCC。其完全满足衍射条件,并可以认为是点对点聚集的,采用具有已知晶体中最大积分反射率的DM人工晶体,所以是单色高衍射效率点对点聚集的。另外,它只需弯曲无需磨制和拼接,制造方便,所以性价比较高。经搜索确认该晶体是在国内最先推出达国际先进水平的晶体。

该晶体的推出定将极大地提高XRF光谱仪的灵敏度,降低XRF光谱仪的检出限,实现XRF光谱仪的小型化。该晶体的推出会是本公司的一大利器,将使本公司的X荧光光谱仪提高到国际先进水平。该晶体的推出将使本公司在今后的几年里陆续推出各种不同类型的单色激发X射线荧光光谱仪,诸如台式、便携式、手持式的,单色波长色散、单色能量色散的,实验室用、工业用、野外现场用的,测轻元素、测重元素、测全元素的。这些单色激发的XRF光谱仪将用于各行各业,特别是需要测量微量元素的油品,环保,食品等行业。

我们相信,随着今后几年多种不同类型的单色激发XRF光谱仪的推出,本公司无论产品质量、产品档次、产品销量都会有一个较大的提高,将会在为我国的仪器事业做出较大贡献的同时使本公司得到飞跃式的发展。



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