[發(fā)明專利]非破壞性立體化石及文物表面化學元素分布特征分析方法

有效

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• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111624218B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 盛毅迪;王偉;王德琦;舒玲;陳孝政
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地質古生物研究所
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223;G06T17/00;G16C20/20
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 劉豐

本發(fā)明涉及一種非破壞性立體化石及文物表面化學元素分布特征分析方法，包括如下步驟：將樣品固定，檢測樣品的位置和表面特征并生成樣品立體幾何模型；根據(jù)樣品的立體幾何模型選擇待測樣品所需分析的空間范圍或模型的表面區(qū)域；設置測量參數(shù)、探測設備的運行軌跡和檢測位點和可達微米級的X射線聚焦的光斑直徑；根據(jù)設定的運行軌跡上的每個分析點的元素特征譜線，給出選定所需了解的元素的含量，并根據(jù)所測面或整個固體樣品表面上每個點的元素含量獲得該樣品所測表面、待測區(qū)域，或完整樣品表面的元素含量的表面空間分布特征。本發(fā)明的分析方法能夠實現(xiàn)對化石和文物(如猿人頭骨，花瓶或立體文物)表面元素進行非破壞性自動分析的目標。

技術領域

本發(fā)明涉及化石和文物的非破壞性化學成分自動分析技術領域，尤其涉及一種非破壞性立體化石及文物表面化學元素分布特征分析方法。

背景技術

文物和化石表面的化學成分及其分布特征分析對于了解這些材料的來源、特征、結構及歷史(李俊鋒，萬曉霞,2018)，以及對文物的復原和修復(熊櫻菲等2010；李濤,2010)、生物演化以及古代地球環(huán)境研究(李酉興，2000；李濤等，2008；Dumont等,2009)具有重要意義，有研究者甚至可以根據(jù)油畫不同位置和層面顏料的使用順序，探索作者的藝術思想和創(chuàng)作過程(De Meyer等，2019)。

現(xiàn)有的分析裝備通常要求將待測樣品研磨成固體粉末并作壓片處理，這種破壞性的處理方式無法達到文物或化石等要求保存完好樣品的檢測要求。常規(guī)的樣品非破壞分析是將待測樣品處理成平面，放入分析設備專用的樣品倉內(吉昂等，2005；馮彩霞等，2007；張文誠等，2019)，由于分析設備和樣品倉的空間限制，這種方法難以處理大型樣品如恐龍化石。對于需要測定三維表面元素組成特征的樣品，如文物陶罐或猿人頭骨等(Buddhachat等.,2016；Nganvongpanit等.,2017)，則更難處理。現(xiàn)有的非破壞性分析通常只能對微小樣品的均勻表面進行小區(qū)域掃描或單點分析(如電子顯微鏡及其能譜分析)，而高能粒子熒光能譜設備只能對較大面積的平面樣品或球面樣品進行無損元素分析，對于具有不規(guī)則表面的大型文物和大型化石(如數(shù)噸重的恐龍骨骼化石)則不適用，嚴重阻礙了科研的發(fā)展和對早期文明的探索等。

微束X射線熒光掃描是近年來發(fā)展的新興技術(程琳等，2011；Church等,2016；Manukyan等，2016；Hampai等，2017)，可在小型樣品倉內對平面化石或小陶瓷片進行掃描檢測。其分析面積相對于電鏡掃描能譜分析有大幅提高，但受限于微小面積的檢測設定，依然無法達到檢測大面積樣品的要求。且現(xiàn)有常用設備只能進行固定分辨率的檢測，不能對X射線光斑大小進行調整，因此若有超出儀器預設分辨率之外的檢測需求，則不能滿足，即對大型化石或文物進行微米級掃描時，需要耗費數(shù)月或數(shù)年時間。

目前德國的Bruker Nano公司開發(fā)出一種三軸運動XRF分析儀(Alfeld等，2013；Vandivere等，2019)，可以對平面樣品的化學元素表面特征進行分析(Bergmann等，2012)，但對于不規(guī)則樣品的化學元素組成特征則無法分析或誤差極大，更無法處理粗糙樣品表面漫反射所造成的巨大分析誤差(吉昂等，2005；Beckhoff等，2007)。

上文中提到的參考文獻具體如下(按作者姓名首字母順序排列)：

Alfeld,M.,Pedroso,J.V.,van Eikema Hommes,M.,Van der Snickt,G.,Tauber,G.,Blaas,J.,Haschke,M.,Erler,K.,Dik,J.and Janssens,K.,2013.A mobileinstrument for in situ scanning macro-XRF investigation of historicalpaintings.Journal of Analytical Atomic Spectrometry,28(5),pp.760-767.