專利名稱：基于準平行束毛細管x光透鏡的塑料物證檢測譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑料物證檢測和鑒別技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于準平行束毛細管 X光透鏡的塑料物證檢測譜儀。
背景技術(shù)：
在各類刑事案件現(xiàn)場中，經(jīng)?？梢蕴崛〉礁鞣N塑料物證，及時準確地檢驗塑料物 證，可以為偵破案件提供線索和指明方向，從而縮小偵查范圍，為早日破案提供科學(xué)依據(jù)。在現(xiàn)有的塑料物證溯源技術(shù)中，在對塑料物證進行檢驗時，通常先根據(jù)物理特性 進行檢查主要是對塑料的透明度、顏色、硬度、表面圖案和外觀形態(tài)等進行觀察，或者對其 比重和熔點等物理參數(shù)進行測定，如果塑料量大，也可觀察在不同試劑中的溶解情況等。在 初驗的基礎(chǔ)上，為了提供更可靠的鑒定結(jié)論，根據(jù)塑料化學(xué)成分的不同，采用如下方法進行 檢驗(a)燃燒試驗，根據(jù)塑料高溫時往往會形成可燃性的揮發(fā)物，因此有不同程度的可燃 性，所以根據(jù)塑料是否燃燒及在燃燒過程中所產(chǎn)生的火焰、煙、氣味、灰燼和燃燒速度等可 以確定塑料種類；(b)著色試驗，根據(jù)試劑與各種塑料的作用不同，在作用過程中而產(chǎn)生的 不同色澤變化，以此確定塑料的種類范圍；(c)紅外光譜法，紅外光譜法主要是對塑料中的 樹脂進行檢測，不同樹脂所含基團不同，因而在紅外區(qū)有特征吸收峰，以此來對樹脂進行種 類認定；(d)裂解氣相色譜法(PGC)，由于塑料在一定條件下裂解是遵循一定規(guī)律的，因此 所得到的裂解產(chǎn)物就具有特征性，得到的譜圖有利于比對分析鑒別；(e)熱分析法，塑料分 析中應(yīng)用較多的是差熱分析法(DTA)。差熱分析是在程序控制溫度下，測量試樣與參比物之 間的溫差與溫度的關(guān)系?，F(xiàn)有的上述這些方法各有自己的特點，但有些實驗操作過于繁瑣， 有些鑒別精度不夠高。所以如何快速、無損和高精度地對塑料物證進行鑒別，是塑料物證檢測和鑒別領(lǐng) 域中急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀，用于犯 罪現(xiàn)場對塑料物證進行檢測和鑒別。為解決上述問題，實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的基于準平行束毛細管X光透 鏡的塑料物證檢測譜儀包括X射線光源、準平行束毛細管X光透鏡、X射線過濾器、樣品臺、 顯微鏡和探測器，以及承載χ射線光源、準平行束毛細管χ光透鏡、X射線過濾器，顯微鏡和 探測器的五維電動調(diào)試架。所述譜儀采用準平行束毛細管X光透鏡會聚便攜式低功率光源 發(fā)出的X射線，獲得高功率密度的X射線焦斑，利用該焦斑作為X射線激發(fā)源激發(fā)塑料中不 同元素對應(yīng)的特征X射線，然后通過特征X射線能譜的對比來鑒別塑料的類別。這是因為不 同的塑料具有不同的化學(xué)成分，即具有不同的元素組成，而不同的元素對應(yīng)著自己的特征X 射線，所以不同的塑料具有自己的特征X射線能譜，因此可通過特征X射線能譜的對比來鑒 別塑料的類別。
所述基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀的總重量范圍為3kg-10kg。此譜儀的總重量主要決定于光源的重量，例如，采用功率為IW的光源，此譜儀的 總重量為3kg ；采用功率為150W的光源，此譜儀的總重量為IOkg ；當光源的功率為25W時， 此譜儀的總量為5kg，此時，由于該種譜儀充分利用了準平行束毛細管X光透鏡的性能，所 以總量為5kg的譜儀既輕便又具有較低的檢出限，是優(yōu)選的譜儀。所述X射線光源為低功率光源，功率范圍為1W-150W。如果塑料中元素的含量是 Ippm量級的，則采用功率為150W的光源，如果塑料中元素的含量高于200ppm，則采用功率 為IW的光源。所述X射線光源為便攜式的，其重量范圍為lkg_3kg。當光源的功率為IW時，其重 量為1kg，當光源的功率為150W時，其重量為3kg。所述準平行束毛細管X光透鏡是由5-20萬根單玻璃毛細管構(gòu)成，每根單毛細管是 圓形的，排列方式采用每根單毛細管周圍排列6根的方式，所有單毛細管的入口端指向光 源，所有單毛細管的出口端指向準平行束毛細管X光透鏡的焦斑。這種排列方式使單管之 間空隙小，從而增加了準平行束毛細管X光透鏡中單管的數(shù)量，提高了該透鏡的傳輸效率。所述準平行束毛細管X光透鏡焦斑直徑范圍為lmm-4mm，焦斑中心的X射線強度均 勻分布區(qū)的直徑范圍為30μπι-200μπι。當平行束毛細管X光透鏡焦斑直徑為Imm時，其焦 斑中心的X射線強度均勻分布區(qū)的直徑范圍為30 μ m，當平行束毛細管X光透鏡焦斑直徑為 4mm時，其焦斑中心的X射線強度均勻分布區(qū)的直徑范圍為200 μ m,根據(jù)樣品的大小選擇不 同焦斑直徑的準平行束毛細管X光透鏡，對于尺寸小于Imm的樣品，采用焦斑直徑為Imm的 準平行束毛細管X光透鏡，對于尺寸大于Imm的樣品，采用焦斑直徑為4mm的準平行束毛細 管X光透鏡。所述準平行束毛細管X光透鏡束斑位置處的功率密度增益(放大倍數(shù))范圍為 100-1200。當準平行束毛細管X光透鏡是由5萬根單玻璃毛細管構(gòu)成時，其功率密度增益 為100，當準平行束毛細管X光透鏡是由20萬根單玻璃毛細管構(gòu)成時，其功率密度增益為 1200。在相同X射線光源的情況下，準平行束毛細管X光透鏡束斑位置處的功率密度增益 越大，利用準平行束毛細管X光透鏡分析樣品的效率越高。所述準平行束毛細管X光透鏡的長度范圍為20mm-100mm、入口直徑的范圍為 3mm-13mm、出口直徑范圍為2mm-5mm、入口焦距的范圍為15mm-120mm、出口焦距的范圍為 60mm-200mm、橫截面最大處的直徑范圍為7mm-30mm。當準平行束毛細管X光透鏡的長度為 20mm時，其入口直徑為3mm、出口直徑為2mm、入口焦距為15mm、出口焦距為60mm、橫截面最 大處的直徑為7mm;當準平行束毛細管X光透鏡的長度為IOOmm時，入口直徑為13mm、出口 直徑為5mm、入口焦距為120mm、出口焦距為200mm、橫截面最大處的直徑為30mm。所述X射線過濾器為Nb吸收片，其厚度范圍為10 μ m-200 μ m。當X射線光源的功 率為IW時，Nb吸收片的厚度為10 μ m，當X射線光源的功率為150W時，Nb吸收片的厚度為 200 μ m0所述X射線探測器為能量分辨X射線探測器，探測器的能量分辨范圍為 120eV-240eVo當所測塑料樣品中不同元素的特征線的能量差小于250eV時，采用能量分辨 為120eV的探測器，當所測塑料樣品中不同元素的特征線的能量差大于250eV時，采用能量 分辨為240eV的探測器。
本發(fā)明的有益效果是，由于采用了高功率密度增益的準平行束毛細管X光透鏡， 所以可以利用功率低的X射線光源得到功率密度高的X射線激發(fā)源，我們設(shè)計的專用于塑 料物證檢測的準平行束毛細管X光透鏡的焦斑較大，這便于對大體積的塑料樣品進行檢測 和鑒別，另外，在該準平行束毛細管X光透鏡的焦斑中心有一個X射線強度均勻分布區(qū)，該 區(qū)域便于分析微小塑料樣品，因為在利用該強度均勻分布區(qū)分析微小樣品時，微小樣品對 應(yīng)的特征X射線能譜不會因為微小樣品在該強度均勻分布區(qū)中位置的變化而變化，即利用 基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀便于對對各種尺寸的塑料進行特征X射 線能譜對比分析，從而進行快速、無損和高精度的塑料物證鑒別。由于基于準平行束毛細管 X光透鏡的塑料物證檢測譜儀采用的是低功率光源，所以該譜儀是便攜式的，便于在犯罪 現(xiàn)場對塑料物品進行分析，這提高了刑偵時效性，另外，也正因為是采用了低功率X射線光 源，提高了 X射線譜儀使用者的使用安全系數(shù)。另外，該譜儀構(gòu)造簡便、便于推廣。



圖1是基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀的示意圖；圖2是準平行束毛細管X光透鏡的示意圖；圖3是準平行束毛細管X光透鏡的橫截面示意具體實施例方式參見圖1，基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀含有X射線光源1、 準平行束毛細管χ光透鏡2、x射線過濾器3、樣品臺5、顯微鏡6和X射線探測器7，另外還 有固定X射線光源1、準平行束毛細管X光透鏡2、X射線過濾器3、樣品臺5、顯微鏡6和X 射線探測器7的五維電動調(diào)試架8。X射線光源1發(fā)出的X射線經(jīng)準平行束毛細管X光透 鏡2會聚成X射線焦斑4，該焦斑4照射在放在樣品臺上的塑料樣品上，塑料樣品對應(yīng)的X 射線熒光被X射線探測器7探測，從而得到塑料對應(yīng)的特征X射線能譜。參見圖2，準平行束毛細管X光透鏡的入口端直徑Din和出口端直徑D。ut與其最大 截面的直徑Dmax相比，前兩者較小，這保證了該透鏡能夠高效率地收集來自光源1的發(fā)散X 射線，同時也保證了該透鏡將這些收集來的X射線會聚成較高功率密度增益的X射線束；入 口端直徑Din與出口端直徑D。ut相比，前者較大，這保證了該透鏡具有高的傳輸效率；準平 行束毛細管X光透鏡入口焦距F1與出口焦距F2相比，前者較小，這保證了使用該透鏡得到 的焦斑具有如下特點焦斑較大，但焦斑處的功率密度增益較高，這保證了該透鏡適合于對 塑料進行物證分析，準平行束毛細管X光透鏡的長度1根據(jù)透鏡的材料而定，一般地，構(gòu)成 透鏡材料的原子序數(shù)越高，透鏡的長度越小，構(gòu)成透鏡材料的原子序數(shù)越低，透鏡的長度越 大。參見圖3，構(gòu)成毛細管X射線半透鏡的每根單毛細管是圓形的，排列方式采用每根 單毛細管周圍排列6根其它單毛細管的方式，這種排列方式保證了透鏡具有較高的傳輸效率。下面給出基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀的實例基于準平行 束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀的總重量為5. 6kg，采用的光源為低功率光源，其 功率為30W，該X射線光源為便攜式的，其重量為2. 4kg，X射線過濾器Nb吸收片的厚度為150 μ m,準平行束毛細管X光透鏡是由14萬根單玻璃毛細管構(gòu)成，所有單毛細管的入口端 指向光源，所有單毛細管的出口端指向準平行束毛細管X光透鏡的焦斑，準平行束毛細管X 光透鏡焦斑直徑為2. 3mm，焦斑中心的X射線強度均勻分布區(qū)的直徑為140 μ m，準平行束毛 細管X光透鏡束斑位置處的功率密度增益為670，準平行束毛細管X光透鏡 的長度為92mm、 入口直徑為6mm、出口直徑為3mm、入口焦距為23mm、出口焦距為95mm、橫截面最大處的直徑 為25mm，X射線探測器為能量分辨X射線探測器，探測器的能量分辨為200eV。
權(quán)利要求
1.一種基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀，它包括X射線光源、準平行 束毛細管X光透鏡、X射線過濾器、樣品臺、顯微鏡和探測器，以及承載X射線光源、準平行 束毛細管X光透鏡、顯微鏡和探測器的五維電動調(diào)試架，其特征在于所述準平行束毛細管X光透鏡在X射線光源和過濾器之間；所述準平行束毛細管X光透鏡是由5-20萬根單玻璃毛細管構(gòu)成，每根單毛細管是圓形 的，排列方式采用每根單毛細管周圍排列6根的方式，所有單毛細管的入口端指向光源，所 有單毛細管的出口端指向準平行束毛細管X光透鏡的焦斑；所述準平行束毛細管X光透鏡的入口端直徑Din和出口端直徑D。ut與其最大截面的直 徑Dmax相比，前兩者較??；入口端直徑Din與出口端直徑D-相比，前者較大；準平行束毛細 管X光透鏡入口焦距F1與出口焦距F2相比，前者較??；所述準平行束毛細管X光透鏡的長度范圍為20mm-100mm、入口直徑的范圍為 3mm-13mm、出口直徑為2mm-5mm、入口焦距的范圍為15mm-120mm、出口焦距的范圍為 60mm-200mm、橫截面最大處的直徑范圍為7mm-30mm ；所述準平行束毛細管X光透鏡焦斑直徑范圍為lmm-4mm，焦斑中心的X射線強度均勻分 布區(qū)的直徑范圍為30 μ m-200 μ m ；所述準平行束毛細管X光透鏡的功率密度增益(放大倍數(shù))范圍為100-1200。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于犯罪現(xiàn)場的塑料物證的準平行束毛細管X光透鏡塑料物 證檢測譜儀，其特征在于該譜儀采用了焦斑較大且在焦斑中心有一個X射線強度均勻分 布區(qū)的準平行束毛細管X光透鏡，這便于對各種尺寸的塑料進行特征X射線能譜對比分析， 從而進行快速、無損和高精度的塑料物證鑒別。
全文摘要
基于準平行束毛細管X光透鏡的塑料物證檢測譜儀包括X射線光源、準平行束毛細管X光透鏡、X射線過濾器、樣品臺、顯微鏡和探測器，以及承載X射線光源、準平行束毛細管X光透鏡、X射線過濾器、樣品臺、顯微鏡和探測器的五維電動調(diào)試架。本譜儀的核心部件是準平行束毛細管X光透鏡，它可以將低功率X射線光源發(fā)出的X射線會聚為焦斑較大且在該焦斑中心有一個X射線強度均勻分布區(qū)，這便于對各種尺寸的塑料進行特征X射線能譜對比分析，從而進行快速、無損和高精度的塑料物證鑒別。該譜儀構(gòu)造簡便、便于推廣。
文檔編號G01N23/22GK102128846SQ20101059942
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者劉志國, 劉鶴賀, 孫天希 申請人:中國政法大學(xué)