[發明專利]一種大面積多特征射線表面分析裝置

在審

• 申請號: 202111354956.8
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN113791098A
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 許元軍;何澤;王鵬;黃寧;安竹;王躍;陳子晗
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223;G01N23/207;G01N21/65
• 代理公司: 成都為知盾專利代理事務所(特殊普通合伙) 51267
• 代理人: 李漢強

本發明公開了一種大面積多特征射線表面分析裝置，包括多特征測量結構、三維移動平臺、激光光源、光譜儀以及控制系統，所述多特征測量結構安裝于三維移動平臺上，激光光源和光譜儀安裝于三維移動平臺底部，控制系統連接并控制多特征測量結構、三維移動平臺、激光光源以及光譜儀。本發明可針對同一樣品點進行點分析，同時獲得元素成分、結晶相、分子結構以及形貌特征信息，又能針對指定區域進行分布掃描分析，同時獲得該區域元素分布、結晶相分布、分子結構分布成像以及形貌特征信息，具有高效快速，結構緊湊，功能強大，可分析樣品范圍廣，無需采樣或將樣品帶到實驗室即可在現場實現原位無損分析等特點。

技術領域

本發明屬于材料分析儀器領域，尤其涉及一種大面積多特征射線表面分析裝置。

背景技術

隨著考古學、地質學、礦物學、材料學、生物學以及文物保護學等領域相關研究的不斷深入，研究人員渴望獲得更多與被分析樣品有關的信息，同時獲取元素組成及分布、晶體成分及分布、分子結構及分布、形貌特征等信息將有助于研究人員更好的理解這些研究對象，從微觀和宏觀的角度探究樣品材料本身的內在屬性，進而持續推動科學技術的發展和人類文明的進步。如何通過一臺分析儀器同時提供多種樣品信息是目前的一個重要研究方向。

普通分析儀器已然非常成熟，但通常只能提供一種樣品信息，對于樣品的表征非常有限。現有的X射線熒光（XRF）/X射線衍射（XRD）綜合分析儀器只能提供元素成分和結晶相信息，而XRF/拉曼光譜（RS）綜合分析儀器則只能提供元素成分和分子結構信息，盡管可以通過一臺儀器同時獲得兩種不同的樣品信息，但針對復雜樣品，僅根據兩種樣品信息無法充分發揮互補分析的潛力，依然難以實現完整表征；同時受限于這類綜合分析儀器的結構設計、分析原理等，它們中的大多數體積較為龐大，以不可移動的臺式儀器為主，無法針對如古代壁畫和雕塑等禁止采樣和不可移動的特殊樣品進行現場原位無損點分析和大面積分布掃描分析。使用多臺不同類型的分析儀器用于樣品分析，即使用多技術分析方法分析樣品，雖然可以獲得多種不同類型的樣品信息，但也存在明顯的缺點：一是無法實現圖像配準，即無法確保所獲幾種不同類型信息來自樣品同一分析點，進而無法保證鑒定結果的準確性；二是分析效率低，每完成一次分析測量就需要更換分析儀器，不同分析儀器的定位和調試將浪費大量時間，嚴重影響工作效率；三是同時攜帶多臺分析儀器前往現場進行原位分析極為不便；四是多臺分析儀器的購買、使用以及維護都將耗費大量人力、財力、物力，極大增加了使用成本。因此，有必要提出一種體積小、重量輕、成本低、穩定性好、操作簡單，可在現場進行原位無損分析且可同時提供來自樣品同一分析點或分析區域多種樣品信息的大面積多特征射線表面分析裝置。

發明內容

為克服上述存在之不足，本發明的發明人通過長期深入研究以及多次實驗和努力，不斷改革與創新，提出了一種大面積多特征射線表面分析裝置。既能進行點分析，又能進行大面積掃描分析；不僅可以提供多種樣品信息，而且可以在現場進行原位無損分析。

為實現上述目的本發明所采用的技術方案是：

一種大面積多特征射線表面分析裝置，包括多特征測量結構、三維移動平臺、激光光源、光譜儀以及控制系統，所述多特征測量結構安裝于三維移動平臺上，激光光源和光譜儀安裝于三維移動平臺底部，激光光源發射的激光束流通過單模光纖傳輸至多特征測量結構中的拉曼探頭模塊，該拉曼探頭模塊采集的拉曼信號則通過多模光纖傳輸至光譜儀，控制系統連接并控制多特征測量結構、三維移動平臺、激光光源以及光譜儀；

所述多特征測量結構同時原位無損采集同一樣品分析點的樣品形貌特征和樣品的元素、結晶相、分子結構信息，或同時原位無損采集同一樣品分析區域的樣品形貌特征和樣品的元素分布、結晶相分布以及分子結構分布成像信息。

進一步地：所述三維移動平臺在X軸方向移動行程大于30cm，移動精度高于100μm；在Y軸方向移動行程大于10cm，移動精度高于20μm；在Z軸方向移動行程大于30cm，移動精度高于100μm。

進一步地：所述激光光源是半導體激光發生器，用于產生拉曼分析所需激光。