一种共聚焦荧光实验装置、荧光信号的探测方法

技术领域

本发明涉及共聚焦荧光实验装置领域，尤其涉及一种共聚焦荧光实验装置、荧光信号的探测方法。

背景技术

X射线荧光分析方法是一种高效成熟的多元素分析技术，可对样品进行无损分析，定性/定量地提供元素组成及空间分布信息。它具有无损、高灵敏、多元素同时检测、制样简单等优点，广泛应用于地质、考古、环境、生物和材料等学科领域中。

荧光实验装置为X射线荧光分析的实验装置，目前常规的荧光实验装置在样品深度方向上是没有分辨能力的，无法获取物质元素的三维空间分布信息。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本申请提供一种共聚焦荧光实验装置、荧光信号的探测方法。

第一方面，本申请提供的一种共聚焦荧光实验装置，包括：第一支撑件、第一驱动组件、聚焦件、探测组件与第二驱动组件，所述第一支撑件用于放置样品、第一调试件、第二调试件中的任一种，所述第一驱动组件与所述第一支撑件连接，以用于驱动所述第一支撑件移动，所述聚焦件用于接收并聚焦第一X射线，以形成第二X射线，当所述样品放置于所述第一支撑件上时，所述聚焦件将所述第二X射线反射至所述样品上，以使所述样品发出荧光信号，所述探测组件与所述第二X射线呈第一角度设置，且所述探测组件用于探测所述荧光信号。所述第二驱动组件与所述探测组件连接，以用于驱动所述探测组件移动。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述共聚焦荧光实验装置还包括：显微镜，所述显微镜与所述聚焦件活动连接，当所述样品放置于所述第一支撑件上时，所述显微镜的光标对准所述样品，且所述显微镜与所述第二X射线呈第二角度设置，所述第二角度为45°，所述第一角度为90°。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，当所述第一调试件放置于所述第一支撑件上时，所述第二X射线在所述第一调试件上形成光斑，且所述光标对准所述光斑的中心，当所述第二调试件放置于所述第一支撑件上时，所述探测组件的焦点对准所述第二调试件的第一端部，所述第一端部位于所述第二调试件远离所述第一支撑件的一端，且所述光标对准所述第一端部。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述探测组件包括：探测器、光学元件与连接件，所述探测器用于探测所述荧光信号，所述光学元件位于所述探测器靠近所述第一支撑件的一侧，所述光学元件用于将所述荧光信号传递给所述探测器，以使所述探测器接收并探测所述荧光信号，当所述第二调试件放置于所述第一支撑件上时，所述光学元件的焦点对准所述第二调试件的第一端部，所述连接件与所述光学元件连接。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述共聚焦荧光实验装置还包括：第二驱动组件，所述第二驱动组件与所述连接件连接，当所述第二调试件放置于所述第一支撑件上时，所述第二驱动组件用于驱动所述连接件摆动或转动，和/或所述第二驱动组件用于驱动所述连接件沿第一方向、第二方向、第三方向中的任一方向移动。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，当所述样品放置于所述第一支撑件上时，所述第一驱动组件用于驱动所述第一支撑件沿第一方向、第二方向、第三方向中的任一方向移动。

结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述共聚焦荧光实验装置还包括：射线源，所述射线源用于将所述第一X射线发射至所述聚焦件上，所述第一X射线为非聚焦的多色X射线，所述第二X射线为聚焦的单色X射线。

第二方面，本申请提供的一种荧光信号的探测方法，采用上述的所述共聚焦荧光实验装置。

结合第二方面，在一种可能的实施方式中，包括以下步骤：通过调整样品相对于光学元件的位置，使得探测器探测样品不同位置的荧光信号。

结合第二方面，在一种可能的实施方式中，在调整样品位置前还包括显微镜位置调整的步骤与光学元件位置调整的步骤，在显微镜的位置调整过程中，第一调试件放置于所述第一支撑件上，在光学元件的位置调整过程中，第二调试件放置于所述第一支撑件上。

相比现有技术，本申请的有益效果：

本申请提供的共聚焦荧光实验装置，所述聚焦件能接收并聚焦第一X射线，以形成第二X射线，并能将所述第二X射线反射至所述样品上，以使所述样品发出荧光信号，所述探测组件能探测到所述荧光信号，且所述第一驱动件能驱动所述第一支撑件移动，所述第二驱动组件能驱动所述探测组件移动，从而能调整所述样品相对于所述探测组件的位置，以使得所述探测组件能探测到所述样品的不同位置的所述荧光信号，从而能获得所述样品中元素的三维空间的分布信息情况，以能实现对所述样品中的元素分布进行高效、原位、无损的分析。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了共聚焦荧光实验装置的整体结构示意图；

图2示出了共聚焦荧光实验装置的俯视结构示意图；

图3示出了共聚焦荧光实验装置的聚焦件的结构示意图；

图4示出了共聚焦荧光实验装置的显微镜的结构示意图；

图5示出了共聚焦荧光实验装置的第二驱动组件的结构示意图；

图6示出了共聚焦荧光实验装置的探测器的结构示意图；

图7示出了共聚焦荧光实验装置的第一驱动组件的结构示意图；

图8示出了实施例二中的荧光信号的探测方法的流程示意图。

主要元件符号说明：

100-第一支撑件；110-第二调试件；200-第一驱动组件；210-第一X轴驱动件；220-第一Y轴驱动件；230-第一Z轴驱动件；300-聚焦件；310-反射端；400-探测组件；410-探测器；420-光学元件；421-焦点端；430-连接件；440-立柱；450-第四支撑件；500-第一实验台；600-射线源；700-第二实验台；710-第二支撑件；720-第三支撑件；800-显微镜；900-第二驱动组件；910-第二X轴驱动件；920-第二Y轴驱动件；930-第二Z轴驱动件；940-摆动驱动件；950-旋转驱动件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

请参阅图1和图2，本申请实施例提供一种共聚焦荧光实验装置，所述共聚焦荧光实验装置包括：第一支撑件100、第一驱动组件200、聚焦件300与探测组件400。所述第一支撑件100用于放置样品、第一调试件、第二调试件110中的任一种。所述第一驱动组件200与所述第一支撑件100连接，以用于驱动所述第一支撑件100移动。所述聚焦件300用于接收并聚焦第一X射线，以形成第二X射线，当所述样品放置于所述第一支撑件100上时，所述聚焦件300将所述第二X射线反射至所述样品上，以使所述样品发出荧光信号。所述探测组件400与所述第二X射线呈第一角度设置，且所述探测组件400用于探测所述荧光信号。所述第二驱动组件900与所述探测组件400连接，以用于驱动所述探测组件400移动。所述第一驱动件能驱动所述第一支撑件100移动，所述第二驱动组件900能驱动所述探测组件400移动，从而能调整所述样品相对于所述探测组件400的位置，以使得所述探测组件400能探测到所述样品的不同位置的所述荧光信号，从而能获得所述样品中元素的三维空间的分布信息情况，以能实现对所述样品中的元素分布进行高效、原位、无损的分析。

在一些实施例中，所述第一驱动组件200用于驱动所述第一支撑件100沿第一方向、第二方向、第三方向中的任一方向移动。

在一些实施例中，所述第一方向为可为X轴方向。所述第二方向可为Y轴方向。所述第三方向可为Z轴方向。

请参阅图1和图2，在一些实施例中，所述探测组件400设置于第一实验台500上。所述聚焦件300设置于所述第一实验台500上。所述第一实验台500为棱柱形。

在其他实施例中，所述第一实验台500为圆柱形。

请参阅图3，在一些实施例中，所述聚焦件300包括反射端310。所述反射端310位于所述聚焦件300靠近所述第一支撑件100的一端。

在一些实施例中，所述聚焦件300为多层膜聚焦镜。

请参阅图1和图2，在一些实施例中，所述第一实验台500上还设置有射线源600。所述射线源600包括发射端。所述发射端位于所述射线源600靠近所述聚焦件300的一端，且所述发射端用于将所述第一X射线发射至所述聚焦件300上，以使得所述聚焦件300接收所述第一X射线，并将所述第一X射线聚焦后反射至所述第一支撑件100上。当所述样品放置于所述第一支撑件100上时，所述聚焦件300将所述第二X射线反射至所述样品上，以使所述样品发出荧光信号。当所述第一调试件放置于所述第一支撑件100上时，所述聚焦件300将所述第二X射线反射至所述第一调试件上，并在所述第一调试件上形成光斑。

在一些实施例中，所述射线源600为液体金属射流X射线源600。所述第一X射线为非聚焦的多色X射线。所述第二X射线为聚焦的单色X射线。

在一些实施例中，所述探测组件400设置于第二实验台700上。所述第二实验台700位于所述第一实验台500靠近所述反射端310的一侧。所述第一驱动组件200设置于所述第二实验台700上，且所述第一支撑件100设置于所述第一驱动组件200上，所述第一支撑件100位于所述探测组件400靠近所述聚焦件300的一侧。

请参阅图1和图7，在一些实施例中，所述第一支撑件100为支撑台。所述第一驱动组件200与所述第二实验台700之间设置有第二支撑件710。所述第二支撑件710连接所述第二实验台700与所述第一驱动组件200，所述第二支撑件710为支撑座。所述第一驱动组件200包括：第一X轴驱动件210、第一Y轴驱动件220与第一Z轴驱动件230。所述第一X轴驱动件210设置于所述第二支撑件710上，且所述第一X轴驱动件210与所述第一支撑件100连接，以能驱动所述第一支撑件100沿X轴移动。所述第一Y轴驱动件220设置于所述第二支撑件710上，且所述第一Y轴驱动件220与所述第一支撑件100连接，以能驱动所述第一支撑件100沿Y轴移动。所述第一Z轴驱动件230设置于所述第二支撑件710上，且所述第一Z轴驱动件230与所述第一支撑件100连接，以能驱动所述第一支撑件100沿Z轴移动。通过所述第一X轴驱动件210、所述第一Y轴驱动件220及所述第一Z轴驱动件230，以能对所述样品的位置进行精准调节。

在一些实施例中，所述第一X轴驱动件210为电机。所述第一Y轴驱动件220为电机。所述第一Z轴驱动件230为电机。

请参阅图1和图4，在一些实施例中，所述共聚焦荧光实验装置还包括：显微镜800。所述显微镜800设置于所述第一实验台500上，且所述显微镜800位于所述聚焦件300靠近所述探测组件400的一侧，所述显微镜800与所述第一实验台500活动连接。当所述样品放置于所述第一支撑件100上时，所述显微镜800的光标对准所述样品，且所述显微镜800与所述第二X射线呈第二角度设置，移动所述显微镜800以能调整所述光标对准的区域。所述第二角度为45°，所述第一角度为90°。

在一些实施例中，所述光标为十字形光标。

在一些实施例中，所述第一调试件为荧光片。所述第二调试件110为固态金属。

在一些实施例中，所述第二调试件110为铁丝，且所述第二调试件110包括第一端部与第二端部。所述第一端部位于所述第二调试件110远离所述第一支撑件100的一端，且所述第一端部为尖端部。所述第二端部位于所述第二调试件110靠近所述第一支撑件100的一端。

在一些实施例中，当所述第一调试件放置于所述第一支撑件100上时，所述光标对准所述光斑的中心。当所述第二调试件110放置于所述第一支撑件100上时，所述探测组件400的焦点对准所述第一端部，且所述光标对准所述第一端部，以使得所述光标与所述光斑、所述焦点重合，从而使得所述聚焦件300与所述探测组件400达到共聚焦的状态。

请参阅图5和图6，在一些实施例中，所述探测组件400包括：探测器410、光学元件420与连接件430。所述探测器410设置于所述第二实验台700上，且所述探测器410用于探测所述荧光信号。所述光学元件420设置于所述第二实验台700上，且所述光学元件420位于所述探测器410靠近所述第一支撑件100的一侧，所述光学元件420用于将所述荧光信号传递给所述探测器410，以使所述探测器410接收并探测所述荧光信号。所述连接件430设置于所述第二实验台700上，且所述连接件430与所述光学元件420连接。

在一些实施例中，所述探测器410为硅漂移探测器410，所述探测器410与所述第二实验台700之间设置有第三支撑件720。所述第三支撑件720连接所述第二实验台700与所述探测器410，所述第三支撑件720为支撑座。

在一些实施例中，所述光学元件420为毛细管光学元件420。所述光学元件420包括焦点端421。所述焦点端421位于所述光学元件420远离所述连接件430的一端。当所述第二调试件110放置于所述第一支撑件100上时，所述焦点端421的焦点对准所述第一端部，且所述光学元件420与所述第二X射线呈第一角度设置。

在一些实施例中，所述连接件430与所述第二实验台700之间设置有第二驱动组件900。所述第二驱动组件900连接所述第二实验台700与所述连接件430，所述第二驱动组件900可驱动所述连接件430沿第一方向、第二方向、第三方向中的任一方向移动，且所述第二驱动件还可驱动所述连接件430摆动或转动，相比于常规的固定装配式的荧光实验装置，即毛细管光学元件被固定装配到硅漂移探测器的入口处，无法对毛细管光学元件的姿态进行精细调节，所述第二驱动组件900能对所述光学元件420进行精准的位置调整，从而能实现对所述焦点端421的焦点对准位置进行精准调节。

在一些实施例中，所述连接件430为夹持件，所述连接件430与所述第二实验台700之间设置于立柱440。所述立柱440连接连接件430与所述第二实验台700。且所述立柱440与所述第二实验台700之间设置有第四支撑件450。所述第四支撑件450连接所述立柱440与所述第二实验台700，所述第四支撑件450为支撑台。

请参阅图1和图5，在一些实施例中，所述第二驱动组件900设置于所述第二实验台700与所述第四支撑件450之间，且所述第二驱动组件900包括：第二X轴驱动件910、第二Y轴驱动件920、第二Z轴驱动件930、摆动驱动件940与旋转驱动件950。所述摆动驱动件940设置于所述第二实验台700上，且所述摆动驱动件940与所述第四支撑件450连接，以用于带动所述第四支撑件450向靠近或远离所述第二实验台700的方向摆动，从而能带动所述光学元件420的摆动，进而能调整所述焦点端421的位置。所述旋转驱动件950设置于所述第二实验台700上，且所述旋转驱动件950与所述第四支撑件450连接，以用于带动所述第四支撑件450旋转，以能调整所述焦点端421的位置。所述第二X轴驱动件910设置于所述第二实验台700上，且所述第二X轴驱动件910与所述第四支撑件450连接，以用于带动所述第四支撑件450沿X轴方向移动，以能带动所述焦点端421沿X轴方向移动。所述第二Y轴驱动件920设置于所述第二实验台700上，且所述第二Y轴驱动件920与所述第四支撑件450连接，以用于带动所述第四支撑件450沿Y轴方向移动，以能带动所述焦点端421沿Y轴方向移动。所述第二Z轴驱动件930设置于所述第二实验台700上，且所述第二Z轴驱动件930与所述第四支撑件450连接，以用于带动所述第四支撑件450沿Z轴方向移动，以能带动所述焦点端421沿Z轴方向移动。

在一些实施例中，所述第二X轴驱动件910为电机。所述第二Y轴驱动件920为电机。所述第二Z轴驱动件930为电机。所述摆动驱动件940为俯仰电机。所述旋转驱动件950为旋转电机。

在所述共聚焦荧光实验装置的使用过程中，将所述第一调试件放置于所述第一支撑件100上，调整所述显微镜800的位置及所述第一支撑件100的位置，以使得所述第二X射线在所述第一调试件上形成所述光斑，且所述显微镜800的所述光标对准所述光斑的中心，从而使得所述第一支撑件100与显微镜800处于工作位置。取下所述第一调试件，将所述第二调试件110放置于所述第一支撑件100上，调整所述光学元件420的位置，以使得所述光学元件420的焦点与所述光斑及所述光标重合，从而使得所述光学元件420处于工作位置。取下所述第二调试件110，将所述样品放置于所述第一支撑件100上，使得所述焦点对准所述样品，调整所述样品的位置，以使得所述焦点在所述样品的不同位置上移动，所述光学元件420从而能将所述样品的不同位置的所述荧光信号传递给所述探测器410，以能获得所述样品中元素的三维空间的分布信息情况，从而能对所述样品中的元素分布进行高效、原位、无损的分析。

实施例二

本申请实施例提供一种荧光信号的探测方法，所述荧光信号的探测方法采用上述的任意一个实施例中的所述共聚焦荧光实验装置。

请参阅图8，在一些实施例中，所述荧光信号的探测方法包括以下步骤：

S100：打开射线源，并调节聚焦件为聚焦模式，射线源发射的非聚焦的多色X射线经聚焦件聚焦成聚焦的单色X射线，并由聚焦件反射出；

S200：将荧光片放置于第一支撑件上，聚焦的单色X射线在荧光片上形成光斑，调整显微镜的位置，使得显微镜的光标对准光斑的中心；

S300：取下荧光片，将铁丝放置于第一支撑件上，使得光标对准铁丝的尖端，调整光学元件的位置，以使得光学元件的焦点对准铁丝的尖端，且光标与焦点重合；

S400：取下铁丝，将样品放置于第一支撑件上，使得光标对准样品，光学元件将样品的荧光信号传递给探测器；

S500：调整样品的位置，以使得焦点在样品的不同位置移动，从而将样品不同位置的荧光信号传递给探测器。

在一些实施例中，所述S200中的显微镜与所述S100中的聚焦件反射出的聚焦的单色X射线呈45°。

在一些实施例中，所述S200中的显微镜通过转动或摆动的方式来调整光标的对准位置。

在一些实施例中，所述S300中的铁丝的尖端位于铁丝远离第一支撑件的一端。

在一些实施例中，所述S300中光学元件通过第二X轴驱动件、第二Y轴驱动件、第二Z轴驱动件、摆动驱动件与旋转驱动件来调整焦点的位置。

在一些实施例中，所述S500中样品位置通过第一X轴驱动件、第一Y轴驱动件与第一Z轴驱动件来调整，从而使得探测器能接收并探测样品不同位置的荧光信号，以能实现对样品中的元素的三维空间分布信息进行高效、原位、无损分析。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。