专利名称：基于准平行束毛细管x光透镜的塑料物证检测谱仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及塑料物证检测和鉴别技术领域，特别是涉及一种基于准平行束毛细管 X光透镜的塑料物证检测谱仪。
背景技术：
在各类刑事案件现场中，经常可以提取到各种塑料物证，及时准确地检验塑料物 证，可以为侦破案件提供线索和指明方向，从而缩小侦查范围，为早日破案提供科学依据。在现有的塑料物证溯源技术中，在对塑料物证进行检验时，通常先根据物理特性 进行检查主要是对塑料的透明度、颜色、硬度、表面图案和外观形态等进行观察，或者对其 比重和熔点等物理参数进行测定，如果塑料量大，也可观察在不同试剂中的溶解情况等。在 初验的基础上，为了提供更可靠的鉴定结论，根据塑料化学成分的不同，采用如下方法进行 检验(a)燃烧试验，根据塑料高温时往往会形成可燃性的挥发物，因此有不同程度的可燃 性，所以根据塑料是否燃烧及在燃烧过程中所产生的火焰、烟、气味、灰烬和燃烧速度等可 以确定塑料种类；(b)着色试验，根据试剂与各种塑料的作用不同，在作用过程中而产生的 不同色泽变化，以此确定塑料的种类范围；(c)红外光谱法，红外光谱法主要是对塑料中的 树脂进行检测，不同树脂所含基团不同，因而在红外区有特征吸收峰，以此来对树脂进行种 类认定；(d)裂解气相色谱法(PGC)，由于塑料在一定条件下裂解是遵循一定规律的，因此 所得到的裂解产物就具有特征性，得到的谱图有利于比对分析鉴别；(e)热分析法，塑料分 析中应用较多的是差热分析法(DTA)。差热分析是在程序控制温度下，测量试样与参比物之 间的温差与温度的关系。现有的上述这些方法各有自己的特点，但有些实验操作过于繁琐， 有些鉴别精度不够高。所以如何快速、无损和高精度地对塑料物证进行鉴别，是塑料物证检测和鉴别领 域中急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪，用于犯 罪现场对塑料物证进行检测和鉴别。为解决上述问题，实现上述发明目的，本发明提供的基于准平行束毛细管X光透 镜的塑料物证检测谱仪包括X射线光源、准平行束毛细管X光透镜、X射线过滤器、样品台、 显微镜和探测器，以及承载χ射线光源、准平行束毛细管χ光透镜、X射线过滤器，显微镜和 探测器的五维电动调试架。所述谱仪采用准平行束毛细管X光透镜会聚便携式低功率光源 发出的X射线，获得高功率密度的X射线焦斑，利用该焦斑作为X射线激发源激发塑料中不 同元素对应的特征X射线，然后通过特征X射线能谱的对比来鉴别塑料的类别。这是因为不 同的塑料具有不同的化学成分，即具有不同的元素组成，而不同的元素对应着自己的特征X 射线，所以不同的塑料具有自己的特征X射线能谱，因此可通过特征X射线能谱的对比来鉴 别塑料的类别。
所述基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪的总重量范围为3kg-10kg。此谱仪的总重量主要决定于光源的重量，例如，采用功率为IW的光源，此谱仪的 总重量为3kg ；采用功率为150W的光源，此谱仪的总重量为IOkg ；当光源的功率为25W时， 此谱仪的总量为5kg，此时，由于该种谱仪充分利用了准平行束毛细管X光透镜的性能，所 以总量为5kg的谱仪既轻便又具有较低的检出限，是优选的谱仪。所述X射线光源为低功率光源，功率范围为1W-150W。如果塑料中元素的含量是 Ippm量级的，则采用功率为150W的光源，如果塑料中元素的含量高于200ppm，则采用功率 为IW的光源。所述X射线光源为便携式的，其重量范围为lkg_3kg。当光源的功率为IW时，其重 量为1kg，当光源的功率为150W时，其重量为3kg。所述准平行束毛细管X光透镜是由5-20万根单玻璃毛细管构成，每根单毛细管是 圆形的，排列方式采用每根单毛细管周围排列6根的方式，所有单毛细管的入口端指向光 源，所有单毛细管的出口端指向准平行束毛细管X光透镜的焦斑。这种排列方式使单管之 间空隙小，从而增加了准平行束毛细管X光透镜中单管的数量，提高了该透镜的传输效率。所述准平行束毛细管X光透镜焦斑直径范围为lmm-4mm，焦斑中心的X射线强度均 勻分布区的直径范围为30μπι-200μπι。当平行束毛细管X光透镜焦斑直径为Imm时，其焦 斑中心的X射线强度均勻分布区的直径范围为30 μ m，当平行束毛细管X光透镜焦斑直径为 4mm时，其焦斑中心的X射线强度均勻分布区的直径范围为200 μ m,根据样品的大小选择不 同焦斑直径的准平行束毛细管X光透镜，对于尺寸小于Imm的样品，采用焦斑直径为Imm的 准平行束毛细管X光透镜，对于尺寸大于Imm的样品，采用焦斑直径为4mm的准平行束毛细 管X光透镜。所述准平行束毛细管X光透镜束斑位置处的功率密度增益(放大倍数)范围为 100-1200。当准平行束毛细管X光透镜是由5万根单玻璃毛细管构成时，其功率密度增益 为100，当准平行束毛细管X光透镜是由20万根单玻璃毛细管构成时，其功率密度增益为 1200。在相同X射线光源的情况下，准平行束毛细管X光透镜束斑位置处的功率密度增益 越大，利用准平行束毛细管X光透镜分析样品的效率越高。所述准平行束毛细管X光透镜的长度范围为20mm-100mm、入口直径的范围为 3mm-13mm、出口直径范围为2mm-5mm、入口焦距的范围为15mm-120mm、出口焦距的范围为 60mm-200mm、横截面最大处的直径范围为7mm-30mm。当准平行束毛细管X光透镜的长度为 20mm时，其入口直径为3mm、出口直径为2mm、入口焦距为15mm、出口焦距为60mm、横截面最 大处的直径为7mm;当准平行束毛细管X光透镜的长度为IOOmm时，入口直径为13mm、出口 直径为5mm、入口焦距为120mm、出口焦距为200mm、横截面最大处的直径为30mm。所述X射线过滤器为Nb吸收片，其厚度范围为10 μ m-200 μ m。当X射线光源的功 率为IW时，Nb吸收片的厚度为10 μ m，当X射线光源的功率为150W时，Nb吸收片的厚度为 200 μ m0所述X射线探测器为能量分辨X射线探测器，探测器的能量分辨范围为 120eV-240eVo当所测塑料样品中不同元素的特征线的能量差小于250eV时，采用能量分辨 为120eV的探测器，当所测塑料样品中不同元素的特征线的能量差大于250eV时，采用能量 分辨为240eV的探测器。
本发明的有益效果是，由于采用了高功率密度增益的准平行束毛细管X光透镜， 所以可以利用功率低的X射线光源得到功率密度高的X射线激发源，我们设计的专用于塑 料物证检测的准平行束毛细管X光透镜的焦斑较大，这便于对大体积的塑料样品进行检测 和鉴别，另外，在该准平行束毛细管X光透镜的焦斑中心有一个X射线强度均勻分布区，该 区域便于分析微小塑料样品，因为在利用该强度均勻分布区分析微小样品时，微小样品对 应的特征X射线能谱不会因为微小样品在该强度均勻分布区中位置的变化而变化，即利用 基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪便于对对各种尺寸的塑料进行特征X射 线能谱对比分析，从而进行快速、无损和高精度的塑料物证鉴别。由于基于准平行束毛细管 X光透镜的塑料物证检测谱仪采用的是低功率光源，所以该谱仪是便携式的，便于在犯罪 现场对塑料物品进行分析，这提高了刑侦时效性，另外，也正因为是采用了低功率X射线光 源，提高了 X射线谱仪使用者的使用安全系数。另外，该谱仪构造简便、便于推广。
图1是基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪的示意图；图2是准平行束毛细管X光透镜的示意图；图3是准平行束毛细管X光透镜的横截面示意具体实施例方式参见图1，基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪含有X射线光源1、 准平行束毛细管χ光透镜2、x射线过滤器3、样品台5、显微镜6和X射线探测器7，另外还 有固定X射线光源1、准平行束毛细管X光透镜2、X射线过滤器3、样品台5、显微镜6和X 射线探测器7的五维电动调试架8。X射线光源1发出的X射线经准平行束毛细管X光透 镜2会聚成X射线焦斑4，该焦斑4照射在放在样品台上的塑料样品上，塑料样品对应的X 射线荧光被X射线探测器7探测，从而得到塑料对应的特征X射线能谱。参见图2，准平行束毛细管X光透镜的入口端直径Din和出口端直径D。ut与其最大 截面的直径Dmax相比，前两者较小，这保证了该透镜能够高效率地收集来自光源1的发散X 射线，同时也保证了该透镜将这些收集来的X射线会聚成较高功率密度增益的X射线束；入 口端直径Din与出口端直径D。ut相比，前者较大，这保证了该透镜具有高的传输效率；准平 行束毛细管X光透镜入口焦距F1与出口焦距F2相比，前者较小，这保证了使用该透镜得到 的焦斑具有如下特点焦斑较大，但焦斑处的功率密度增益较高，这保证了该透镜适合于对 塑料进行物证分析，准平行束毛细管X光透镜的长度1根据透镜的材料而定，一般地，构成 透镜材料的原子序数越高，透镜的长度越小，构成透镜材料的原子序数越低，透镜的长度越 大。参见图3，构成毛细管X射线半透镜的每根单毛细管是圆形的，排列方式采用每根 单毛细管周围排列6根其它单毛细管的方式，这种排列方式保证了透镜具有较高的传输效率。下面给出基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪的实例基于准平行 束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪的总重量为5. 6kg，采用的光源为低功率光源，其 功率为30W，该X射线光源为便携式的，其重量为2. 4kg，X射线过滤器Nb吸收片的厚度为150 μ m,准平行束毛细管X光透镜是由14万根单玻璃毛细管构成，所有单毛细管的入口端 指向光源，所有单毛细管的出口端指向准平行束毛细管X光透镜的焦斑，准平行束毛细管X 光透镜焦斑直径为2. 3mm，焦斑中心的X射线强度均勻分布区的直径为140 μ m，准平行束毛 细管X光透镜束斑位置处的功率密度增益为670，准平行束毛细管X光透镜 的长度为92mm、 入口直径为6mm、出口直径为3mm、入口焦距为23mm、出口焦距为95mm、横截面最大处的直径 为25mm，X射线探测器为能量分辨X射线探测器，探测器的能量分辨为200eV。
权利要求
1.一种基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪，它包括X射线光源、准平行 束毛细管X光透镜、X射线过滤器、样品台、显微镜和探测器，以及承载X射线光源、准平行 束毛细管X光透镜、显微镜和探测器的五维电动调试架，其特征在于所述准平行束毛细管X光透镜在X射线光源和过滤器之间；所述准平行束毛细管X光透镜是由5-20万根单玻璃毛细管构成，每根单毛细管是圆形 的，排列方式采用每根单毛细管周围排列6根的方式，所有单毛细管的入口端指向光源，所 有单毛细管的出口端指向准平行束毛细管X光透镜的焦斑；所述准平行束毛细管X光透镜的入口端直径Din和出口端直径D。ut与其最大截面的直 径Dmax相比，前两者较小；入口端直径Din与出口端直径D-相比，前者较大；准平行束毛细 管X光透镜入口焦距F1与出口焦距F2相比，前者较小；所述准平行束毛细管X光透镜的长度范围为20mm-100mm、入口直径的范围为 3mm-13mm、出口直径为2mm-5mm、入口焦距的范围为15mm-120mm、出口焦距的范围为 60mm-200mm、横截面最大处的直径范围为7mm-30mm ；所述准平行束毛细管X光透镜焦斑直径范围为lmm-4mm，焦斑中心的X射线强度均勻分 布区的直径范围为30 μ m-200 μ m ；所述准平行束毛细管X光透镜的功率密度增益(放大倍数)范围为100-1200。
2.根据权利要求1所述的用于犯罪现场的塑料物证的准平行束毛细管X光透镜塑料物 证检测谱仪，其特征在于该谱仪采用了焦斑较大且在焦斑中心有一个X射线强度均勻分 布区的准平行束毛细管X光透镜，这便于对各种尺寸的塑料进行特征X射线能谱对比分析， 从而进行快速、无损和高精度的塑料物证鉴别。
全文摘要
基于准平行束毛细管X光透镜的塑料物证检测谱仪包括X射线光源、准平行束毛细管X光透镜、X射线过滤器、样品台、显微镜和探测器，以及承载X射线光源、准平行束毛细管X光透镜、X射线过滤器、样品台、显微镜和探测器的五维电动调试架。本谱仪的核心部件是准平行束毛细管X光透镜，它可以将低功率X射线光源发出的X射线会聚为焦斑较大且在该焦斑中心有一个X射线强度均匀分布区，这便于对各种尺寸的塑料进行特征X射线能谱对比分析，从而进行快速、无损和高精度的塑料物证鉴别。该谱仪构造简便、便于推广。
文档编号G01N23/22GK102128846SQ20101059942
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者刘志国, 刘鹤贺, 孙天希 申请人:中国政法大学