CN219391871U - 用于检测样品的分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于检测样品的分析系统，包括：激光器；第一检测器，用于检测样品在受到激光光束激发后所发射出的第一发射光；第一光学设备，构造成能将激光光束引向样品；X射线光源，用于发射X射线至样品，以使得样品发射出第二发射光；第二检测器；光学元件，布置在第一光学设备与样品之间的光路中以及在X射线光源与样品之间的光路中；光学元件包括：第一层，用于将来自第一光学设备的激光光束反射至样品；第二层，用于减少由X射线光源发出的X射线所产生的干扰。由此，在实现减少干扰以提高检测准确度的同时有利于对LIBS设备部分以及XRF设备部分的灵活布置，这除了使得整个分析系统的结构更紧凑，还提高了取样点的空间重复性。

Description

用于检测样品的分析系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于检测样品的分析系统，特别是一种能用X射线荧光光谱法和激光诱导击穿光谱法来检测样品的分析系统。本实用新型优选地适用于便携式或手持式的分析仪，例如便携式XRF分析仪或便携式LIBS分析仪。

背景技术

环境监测的重要性在当今环境问题日渐突出的背景下愈发显著。在环境问题中，土壤问题和水质问题是十分重要的课题之一，对于土壤监测和水质监测往往使用元素分析的方法。传统的实验室检测方式虽然精度高、准确性好，但是耗时长、流程复杂，无法实现原位检测或远程快速检测。

目前，可采用X射线荧光光谱设备来对固体材料、主要是其元素组分进行分析。该设备利用初级X射线光子或其它微观离子激发待测物质、例如样品表面中的原子，使之产生例如荧光（次级X射线），从而进行物质成分分析和化学态研究。

此外，还可以采用激光诱导击穿光谱设备来测定材料中元素组成。例如呈手持式分析仪形式的激光诱导击穿光谱设备使用高聚焦激光烧蚀样品表面，由此形成由电子激发的原子和离子组成的等离子体。随着这些原子衰变回到其基态，它们会发射出专属波长的光（可称为每种元素各自“独一无二的指纹”）。

然而，现有技术通常采用分离的XRF设备和LIBS设备来分别检测样品（可以检测样品中的相同或不同的元素）。但这需要在不同的设备之间传递样品，这一方面增加了样品受污染的可能性，另一方面也增加了分析周期的时间。此外，通常无法使XRF设备和LIBS设备分别对准样品的大致同一区域进行检测，因而检测误差也难以避免。

为此，在样品检测分析领域中始终存在集成XRF设备和LIBS设备的功能以使其对样品上元素分布相当的区域（同一样品空间）进行检测的需求。特别是，在集成的分析系统中进一步存在对在确保检测结果准确的同时允许XRF设备部分和LIBS设备部分布置灵活的需求。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于检测样品的分析系统，该分析系统可包括：激光器，用于发出激光光束；第一检测器，用于检测样品在受到激光光束激发后所发射出的第一发射光；第一光学设备，该第一光学设备可构造成能将激光光束引向样品；X射线光源，用于发射X射线至样品，以使得样品发射出第二发射光；第二检测器，用于检测第二发射光；光学元件，该光学元件可以布置在第一光学设备与样品之间的光路中，并且也布置在X射线光源与样品之间的光路中；其中，光学元件包括：第一层，该第一层可以构造成能将来自该第一光学设备的激光光束反射至样品；第二层，该第二层可以构造成能减少由X射线光源发出的X射线所产生的干扰。

借助上述分析系统，通过将LIBS设备部分和XRF设备部分集成在一个仪器中，一方面用户所耗费的检测时间可以大幅减少，另一方面对同一样品的取样点的空间重复性相当高。特别是，借助该分析系统的光学元件，在实现减少干扰以提高检测准确度的同时十分有利于在分析系统内对LIBS设备部分以及XRF设备部分的灵活布置。而这种灵活布置除了使得整个分析系统的结构可以很紧凑，例如便于其手持化设计之外，还进一步提高了样品的取样点的空间重复性。

在此，所减少的干扰包含X射线光源的X射线以及X射线光源照射到下文详述的光学元件中的元素产生的二次X射线的干扰。此外，在本实用新型中，表述“减少”还包含减少到完全消除或基本消除的程度，但不一定要求完全消除。

优选的是，第一光学设备可以包括第一设备部分和第二设备部分，该第一设备部分可以构造成能将激光光束引向光学元件，而该第二设备部分可以构造成能将第一发射光引向第一检测器。

通过将从激光光束到样品的光路与样品的第一发射光到第一检测器的光路由第一设备部分和第二设备部分引导，可以实现多种光束引导布局，提高了分析系统的布置灵活性。在此，光学元件的第一层可以反射第一发射光，也可以不反射第一发射光，而后者对第一层的材料的要求相对更低。

有利地，第一层可以构造成还能将第一发射光反射至第二设备部分。

通过光学元件的第一层既能反射激光光束到样品、又能反射第一发射光到第一光学设备，可以在分析系统内、特别是LIBS设备部分内实现非常紧凑的布置。

尤其是，光学元件可以设置成使其第一层比第二层更靠近第一光学设备，且第二层比第一层更靠近X射线光源。

由此，参照光学元件来看，可以将LIBS设备部分（包括激光器、第一光学设备、第一检测器等）和XRF设备部分（包括X射线光源、第二检测器等）布置在光学元件的两侧上，从而可以提高样品的取样点的空间重复性，即激光光束入射到样品上的位置与X射线入射到样品上的位置非常接近（几毫米的量级）。

优选地，光学元件设置成使第一层与第二层直接邻接。通过使第一层与第二层紧邻而不间设有其它介质，可以在不影响减少干扰的功能的同时使光学元件本身非常紧凑。

例如，光学元件还可以包括面向第一光学设备的最外层，用于保护第一层。保护层用于保护第一层不易受损，提高了光学元件的耐用性。

特别是，第一设备部分可以包括光学聚焦元件，用于将激光光束聚集于光学元件，以经由光学元件反射至样品，光学元件在光学聚焦元件与样品之间的光路中可以定向成使得第一层相对于光学聚焦元件和样品均呈锐角。

由于光学元件、特别是其第一层相对于光学聚焦元件和样品均成角度，可以使得光学聚焦元件和样品的定向更为灵活，例如可以使从激光器到光学聚焦元件的光路与光学元件到样品的光路大致垂直。这可以有利于与XRF设备部分之间减少干涉或者说进一步提高取样点的空间重复性（接近度）。

此外，分析系统还可以包括具有斜面的保持构件，该斜面相对于光学聚焦元件和样品倾斜定向，光学元件可以设计成片状或层状元件，其安装于该斜面上。

借助具有斜面的保持构件，可以在分析系统内容易地保持光学元件。通过斜面的角度设置，可以方便地调节光学元件（例如，相对于光学聚焦元件、样品、X射线光源等）的角度。

例如，第一层可以是全电介质反射膜或金属反射膜，第一层的层厚可以为1-2微米。

由此材料构成的第一层可以可靠地反射光束，并且在被X射线照射后，不会产生第二能量波段的二次X射线，或者产生的第二能量波段的二次X射线的强度远小于第二发射光。

例如，第一层可以为银层、金层、铝层中的一种。借此材料，可以反射较大波长范围的光，例如从200nm-1200nm、特别是300nm-1064nm波长范围的光，从而可靠地实现可靠所需的光束反射功能。

还例如，第二层可以是铝层、铜层、钛层中的一种，第二层的层厚可以为0.5-1.5毫米。

由此材料构成的第二层可以有效减少来自X射线光源的X射线对检测结果的干扰，诸如但不限于是有效过滤X射线的背景峰。

可选地，光学元件还可以包括第三层，第三层用于减少由X射线光源发出的X射线所产生的干扰，第三层可以相比于第二层更靠近X射线光源，其中，第三层可以是钨层、钛层、铜层中的一种，第三层的可以层厚为10-100微米。该第三层可以有助于减少X射线光源的X射线及X射线光源照射到光学元件中的元素产生的二次X射线（对检测结果）的干扰。

还可选地，光学元件还可以包括第四层，该第四层用于减少由X射线光源发出的X射线所产生的干扰，第三层可以位于第二层与第四层之间，其中，第四层可以是铝层或铜层，第四层的厚度可以为0.5-1.5毫米。该第四层可以有助于减少X射线光源的X射线及X射线光源照射到光学元件中的元素产生的二次X射线（对检测结果）的干扰。

附图说明

图1示意性地示出根据本实用新型的一个实施例的分析系统的结构简图；

图2示意性地示出根据本实用新型的另一实施例的分析系统的结构简图；

图3A和3B分别示意性地示出根据本实用新型的一个实施例的光学元件的正视图和侧视图；

图3C示意地示出根据图3A和3B的实施例的光学元件的分层结构；

图4A和4B示意性地示出根据本实用新型的一个实施例的光学元件和保持构件的立体图，图4A的实施例可适用于图1的分析系统的布局，图4B的实施例可适用于图2的分析系统的布局；

图4C-4E分别示意性地示出根据本实用新型的一个实施例的光学元件和保持构件在不同角度下的参考图。

附图标记列表：

100 分析系统；

110 激光器；

120 第一光学设备；

121 光学扩张和准直元件；

122 光学过滤元件；

123 第一光学聚焦透镜；

124 第二光学聚焦透镜；

130 第一检测器；

140 X射线光源；

150 第二检测器；

160 光学元件；

161 第一层；

162 第二层；

163 第三层；

164 第四层；

165 最外层；

170 保持构件；

171 斜面；

200 样品；

a 激光光束；

b 第一发射光；

c X射线；

d 第二发射光。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。

本实用新型涉及样品检测分析领域。用于样品检测的分析系统可以检测样品中的一种或多种待测元素或组分。该分析系统例如可以用于环境监测、工业产品监测、生物化学实验室等诸多应用场景。

本实用新型的分析系统可以包括手持式或便携式仪器，但也可以包括非手持的固定设备。应注意到，该分析系统可以包括未在本实用新型中详述的其它各种装置和部件，例如用于实现X射线或激光光束的发射、激发、测量、分析、控制等各种功能的相关部件。

如前所述，本实用新型的分析系统适用于便携式XRF分析仪或便携式LIBS分析仪，但这并不缩限本实用新型的分析系统能实现用X射线荧光光谱法和激光诱导击穿光谱法这两者来检测样品的功能，而仅仅是指产品的一种呈现形式。例如，在（便携式）XRF分析仪中集成有用激光诱导击穿光谱法检测样品的装置、模块、部件等，或者在（便携式）LIBS分析仪中集成有用X射线荧光光谱法的装置、模块、部件等。

在本实用新型中，术语“光学（元件、设备）”是指能对光（例如，光束）进行处理的、呈各种形式的元件、部件、装置、设备，包括但不限于具有光束准直、扩张、聚焦、过滤、反射等功能，并且还可以包含除了直接对光进行处理之外的其它电学部件、控制部件等。换言之，光学设备不局限于仅包含直接对光进行处理的元件。此外，术语“光路”是指光的传播路径，即光在其中所经过的路径。当表述某一部件位于“光路”中，则表示光会传播经过该部件。

在本实用新型中，表述“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是表示不同，例如不同的部件、位置等（除非另有特别说明可以为同一部件或位置），而不暗示存在先后关系或者重要性方面的差异。

本实用新型涉及一种用于检测样品的分析系统100。该分析系统100可以检测同一样品中的一种或多种元素。该分析系统100包括外壳体（未在图中示出），用于容纳后续将详述的各种装置、部件。但该分析系统100还可以包括在该外壳体之外的其它设备，例如控制装置。优选地，该分析系统100构造成便携式或手持式的分析仪，以便于对各种样品进行检测、分析。

首先，该分析系统100包括用于发出激光光束的激光器110，特别是脉冲激光器。所发出的激光光束a可以引导至样品200、主要是样品200的表面上。如前所述，激光光束a可以烧蚀样品200表面，由此形成由电子激发的原子和离子组成的等离子体。随着这些原子衰变回到其基态，它们会发射出专属波长的光。窄脉冲激光器对于样品200表面的烧蚀损伤较小，因而是优选地。在本实用新型中，将这种发射出的光称为第一发射光b，例如第一荧光。

因此，该分析系统100还包括第一检测器130，用于检测样品200在受到激光光束a的激发后所发射出的第一发射光b。应理解到，该第一检测器130（或称探测器）包含适于检测第一发射光b的各种结构或功能模块，在此不再赘述。

该分析系统100还包括第一光学设备120，该第一光学设备120构造成能将激光光束a引向样品200。在此，术语“引向”是指第一光学设备120可以将激光光束a朝样品200的方向引导，但不一定要求直接将激光光束a引导到样品200上，例如可以经由其它元件来间接引导到样品200上。

在优选的实施例中，第一光学设备120可以包括第一设备部分，该第一设备部分构造成能将激光光束a引向样品200（例如，经由下文将详述的光学元件）。在一个具体的实例中，第一设备部分可以包括一个或多个光学聚焦元件（例如，第一光学聚焦透镜123），用于将激光光束a向样品200聚焦。此外，第一设备部分还可选地包括光学扩张元件、光学准直元件（图1和图2中合并示出为光学扩张和准直元件121）、光学过滤元件122（滤光片或称滤波片、二向色镜）等。有利地，在第一设备部分中，这些元件均布置在光学聚焦元件之前。例如，光学过滤元件122可以是电介质滤光片，但不限于此。

更优选的是，第一光学设备120还可以包括第二设备部分，该第二设备部分构造成能将第一发射光b引向第一检测器130。因此，换言之，第一光学设备120不仅可以将激光光束a引向样品200，以使得样品200受到激发后发射出第一发射光b，还可以将该第一发射光b引向第一检测器130。例如，第二设备部分可以包括一个或多个光学聚焦元件（例如，第二光学聚焦透镜124）。可选地，第二设备部分还可以包括一个或多个光学过滤元件122。

在一些实施例中，第一设备部分和第二设备部分可以共用一些光学部件。在此，从激光器110到样品200的光路与从样品200到检测器的光路可以部分重叠。如图1中所示，来自激光器110的激光光束a可选地依次经过光学扩张和准直元件121、光学过滤元件122、光学聚焦元件，然后向样品200照射。样品200发射出的第一发射光b可选地依次经过同一光学聚焦元件和光学过滤元件，然后照射到第一检测器130。在此，光学聚焦元件（例如，第一光学聚焦透镜123）至少是共用的同一个元件。此外，光学过滤元件122也可以是共用的。

在另一些实施例中，第一设备部分和第二设备部分基本没有共用的光学部件。如图2中所示，来自激光器110的激光光束a可选地依次经过光学扩张和准直元件121、第一光学聚焦透镜123，然后向样品200照射。样品200发射出的第一发射光b可选地依次经过不同的第二光学聚焦透镜124和光学过滤元件122，然后照射到第一检测器130。

其次，分析系统100还可以包括X射线光源140，用于发射X射线c至样品200。样品200在受到X射线c激发后会发射出第二发射光d，例如第二荧光。为了检测到该第二发射光d，分析系统100可以包括第二检测器150。如图1和2中所示，X射线c发射到样品200上，然后样品200发射出第二发射光d至第二检测器150。

在本实用新型的分析系统100中，激光器110、第一检测器130、第一光学设备120等装置主要对应于激光诱导击穿光谱设备部分的功能，而X射线光源140、第二检测器150等装置主要对应于X射线荧光光谱设备部分的功能。

参见图1和2，X射线c照射在样品200上可以是一个光斑（例如，直径在5 mm左右），而激光光束a照射在样品200上是一个很小的光斑（例如，直径在0.5mm左右）。对于样品200来说，几毫米以内的元素分布可以认为大致相当，符合检测要求。

检测样品200的用户通常会在一个大面积的样品200上随机选取若干个点进行检测，然后对检测结果（例如，测量值）取平均值，并计算方差。在本实用新型中，将LIBS设备和XRF设备集成在一个仪器中的优势在于，用户所耗费的检测时间可以减半（因为不用分两次进行检测），尤其是采用两种方法的取样点的空间重复性高（例如，LIBS每次都是在XRF的中心点 +/-0.5mm范围内）。而如果分两台仪器来检测样品200，则检测的位置偏差会在至少几厘米的量级，进而会出现不同的用户检测出现不同结果的问题。

根据本实用新型，分析系统100还包括光学元件160，该光学元件160布置在第一光学设备120与样品200之间的光路中，并且也布置在X射线光源140与样品200之间的光路中。可以理解到，该光学元件160包含双重作用。

具体来说，一方面，该光学元件160可以将来自第一光学设备120（例如，第一设备部分）的激光光束a、特别是经聚焦的激光光束a引导到样品200上。为此，该光学元件160可以包括第一层161，该第一层161构造成能将来自第一光学设备120的激光光束a反射至样品200。换言之，该光学元件160具有反射光（束）的功能。在本实用新型中，光学元件160（主要是其第一层161）所具备的反射能力是指反射通量占入射通量的比例达90％以上、特别是95％以上的反射水平。

另一方面，该光学元件160还能减少由光束、主要是X射线光源140所发出的X射线对检测结果的干扰。为此，该光学元件160可以包括第二层162，该第二层162构造成能减少由X射线光源140发出的X射线c所产生的干扰。换言之，该光学元件160还具有减少干扰、例如滤光的功能。在此，术语“减少干扰”是指减少由于X射线c所造成的对检测结果的任何形式的干扰，包括但不限于光学元件160可以将由X射线光源140发出的X射线中与待检测的第二发射光d（例如，第二荧光）有重叠的峰去除（简称为去除背景峰，例如5-10 keV范围内的背景峰）、过滤X射线中的其它各种干扰峰、杂散峰等等，从而提高检测元素的准确度。

尽管上面仅描述了第一层161和第二层162及其各自的功能，但应理解到在本实用新型中相应功能的实现可以不仅基于上述第一层161和第二层162。例如，为了减少干扰，该光学元件160还可以包含除了第二层162之外的其他层（下文将进一步详述）。而除了第一层161用于反射光束外，也可以设置有其它层来反射光束，在此不再赘述。

除了通过减少干扰来提高检测准确度之外，使用本实用新型的光学元件160还十分有利于在分析系统100内对LIBS设备部分以及XRF设备部分的灵活布置，从而使得整个分析系统100的结构可以很紧凑，便于其手持化设计。

尤其是，借助上述光学元件160，可以使得LIBS设备部分以及XRF设备部分相对于彼此成角度布置。这与将二者均直接面向样品200的布置相比，除了可以使得整体结构紧凑外，还允许使激光光束a和X射线c在样品200上的入射点位置非常接近。如果是将二者均直接面向样品200的布置，则由于LIBS设备部分以及XRF设备部分必须（横向）位置有所错开，而导致激光光束a和X射线c在样品200上的入射点位置没有本实用新型的设计那样接近，或者说如果要实现相当的接近需要精心调整光路。

在图1中所示的实施例中，由于第一光学设备120的第一设备部分和第二设备部分如上所述共用部分光学器件，因而整体结构非常紧凑。在该实施例中，光学元件160的第一层161可以反射从200nm-1200nm、特别是300nm-1064nm波长范围的光（广谱）。换言之，第一层161需要反射激光光束a（例如，1064nm波长）和第一发射光b（例如，500-700mn波长）。例如，该第一层161可以为金属反射膜（例如，银层、金层、铝层等）。第一层161的厚度优选为1-2微米，例如1.1微米。

在图2中所示的实施例中，尽管第一光学设备120的第一设备部分和第二设备部分并不具有共用的光学器件，但光学元件160的第一层161只需要反射来自第一光学设备120（的第一设备部分）的激光光束a即可（即，不需要反射第一发射光b），因此窄带的电介质（镀）膜就够了。换言之，该实施例对第一层161的材料的要求相对更低一些。在此，术语“窄带”是指与上面图1的实施例中所需要反射的广谱相比而言较窄的光谱范围，例如1000nm-1100nm，特别是1064nm。

在一些实施例中，也可以使用全电介质反射膜作为第一层161。全电介质反射膜是建立在多光束干涉基础上的。在光学表面上镀一层折射率高于基体材料的薄膜，就可以增加光学表面的反射率。例如，多层反射膜可以由高、低折射率的二种材料交替蒸镀而成的，每层膜的光学厚度为某一波长（例如，1000nm-1100nm的波长）的四分之一。在这种条件下，参加叠加的各界面上的反射光矢量，振动方向相同。合成振幅随着薄膜层数的增加而增加。在本实用新型中，全电介质反射膜的厚度也在微米级别，例如1-2微米。不论是金属反射膜还是全电介质反射膜，在被X射线照射后，都不会产生第二能量波段（下文将详述）的二次X射线，或者产生的第二能量波段的二次X射线的强度远小于第二发射光。

更进一步说，在光学元件160中，第一层161可以比第二层162更靠近第一光学设备120，例如其第一设备部分和第二设备部分。第二层162可以比第一层161更靠近X射线光源140。换言之，由X射线光源140发出的X射线先经过第二层162，再到达第一层161。以该顺序通过光学元件160是优选的，因为通常原子量越小的元素能够透过的X射线能量越低，但本实用新型不限于此布置，例如X射线c也可以直接从第一层161入射、再到达第二层162也是可行的。例如，第二层162可以是铝层、铜层、钛层中的一种。在优选的实施例中，第二层162的层厚为0.5-1.5毫米，例如1毫米。

优选的是，第一层161与第二层162直接邻接布置，即二者之间没有布置其它层。更优选的是，光学元件160还包括面向第一光学设备120的最外层165，用于保护第一层161。也就是说，该最外层165是光学元件160中最接近第一光学设备120的层。该最外层165的厚度可以在0.1-1微米的范围内，特别是0.1-0.5微米的范围内。例如，最外层165可以是在第一层161上的涂层或镀层。在一些实施例中，最外层165可以是Si₃N₄、B₄C等。

值得注意的是，上述关于各层的材料的列举仅仅是示例性的，但应确保一方面这些材料本身不会引入XRF背景噪声，另一方面这些材料所被激发的二次X射线的能量要不同于（远离）样品200所发射出的第二发射光d（例如，第二荧光），进而影响检测结果的准确性。除了上述各层外，光学元件160还可以包括第三层163，该第三层163也用于减少由X射线光源140发出的X射线c所产生的干扰（例如，过滤X射线c的背景峰等）。当设置有第三层163时，优选地，该第三层163相比于第二层162更靠近X射线光源140布置。换言之，X射线c依次经过可选的第三层163、第二层162、第一层161和可选的最外层165（保护层），然后到达样品200。样品200所发射的第二发射光d则不会在经过该光学元件160了，而是直接到达第二检测器150。例如，第三层163可以是钨层、钛层、铜层中的一种。优选的是，第三层163的层厚为10-100微米。

此外，光学元件160还可以进一步包括第四层164，该第四层164也用于减少由X射线光源140发出的X射线c所产生的干扰（例如，过滤X射线的背景峰等）。当设置有第三层163和第四层164时，第三层163位于第二层162与第四层164之间。换言之，X射线c依次经过可选的第四层164、可选的第三层163、第二层162、第一层161和可选的最外层165（保护层），然后到达样品200。例如，第四层164可以是铝层或铜层。优选的是，第四层164的厚度为0.5-1.5毫米。

更具体来说，X射线光源可能包含有不同能量波段的X射线：例如，第一能量波段，可以激发样品产生第二发射光；第二能量波段，与所激发的第二发射光的能量波段相近或重合的能量波段；第三能量波段，可以激发滤波片的第二层和第四层，产生包含第二能量波段的二次X射线；第四能量波段，可以激发滤波片的第三层，产生包含第三能量波段的二次X射线。

为了更好地检测出样品发射出的第二发射光（的信号），本实用新型的光学元件的可选的第四层可以用来减少或消除X射线光源中第二能量波段和第四能量波段部分，而可选的第三层可以用来减少或消除X射线光源中和二次X射线中的第二能量波段和第三能量波段部分。此外，光学元件的第一层也可以用来减少或消除二次X射线光源中的第二能量波段部分。

如图3C中最清楚所示，本实用新型的上述光学元件160优选具有分层结构或者说夹层结构。特别是，光学元件160可以为片状、薄片状或层状元件（参见图3B）。在此，术语“片状或层状元件”是指该光学元件160的厚度与其其它维度尺寸（长、宽）相比明显更小的元件。例如，光学元件160对的长度可以为5-30毫米，特别是5-22毫米，其宽度可以为5-20毫米，特别是5-15毫米，而其厚度仅为1-5毫米，特别是1-3毫米。在光学元件160的内部，上述各层可以彼此紧挨，但也可以包含未描述的其它层，而各层的厚度比例可以参见上文所列举的数值范围，但本实用新型不限于此。另外，光学元件160的形状不限，可以是如图3A中所示的椭圆形，也可以是圆形、矩形等各种合适的形状。

在优选的实施例中，光学元件160在第一光学设备120（特别是第一设备部分，例如第一光学聚焦透镜123）与样品200之间的光路中定向成使得该第一层161相对于光学聚焦元件（例如，第一光学聚焦透镜123）和样品200均呈锐角。例如，第一层161相对于样品200的角度可小于或略小于相对于光学聚焦元件的角度。如图1-2中所示，该光学元件160布置成同时相对于X射线光源140也成锐角，但这并不影响其功能的实现。因此，借助本实用新型的光学元件160（尤其是由于光学元件160可以实现反射光束的功能），XRF设备部分（主要是X射线光源140）与LIBS设备部分（主要是激光器110、第一光学设备120等）的位置可以彼此错开，从而实现特别紧凑的设计和将光束入射到样品200上的位置（即，取样点）足够接近。

在特别有利的实施例中，分析系统100还包括保持构件170，用于保持该光学元件160。具体来说，该保持构件170可以包括斜面171，该斜面171相对于光学聚焦元件（例如，第一光学聚焦透镜123）和样品200倾斜定向。保持构件170的斜面171是相对于其底座而言的，这样设计方便其安置于分析系统100的内部。在图1-2中所示的实施例中，该斜面171也相对于X射线光源140倾斜定向。

应注意到，光学元件160在保持构件170的斜面171上的安装不仅包括将光学元件160贴在斜面171上，也包括使光学元件160的一部分处于保持构件170的内部，即不在斜面171。换言之，“安装在斜面上”是指光学元件160至少部分地与斜面171连接或关联（例如，将片状光学元件160插入斜面171上对应设置的凹槽内），以使得光学元件160的至少第一层161与斜面171平行，即相对于光学聚焦元件和样品200的定向与斜面171保持一致。因紧固装置不是本实用新型的重点，在此不再赘述。

有利地，如图4A-4E中所示，斜面171上可安装有多个光学元件160。这些光学元件160优选具有不同的材料，例如一个光学元件160的第一层161为银层（或金层、铝层等），而另一个光学元件160的第一层161为电介质材料（窄带的电介质膜）。因而，针对不同的布置，可以选择安装在保持构件170上的不同光学元件160来实现其既定功能（反射激光光束a和可选的第一发射光b以及减少X射线的干扰）。

例如，在图4A中，激光光束a从第一光学聚焦透镜123入射到光学元件160的光路和第一发射光b从光学元件160反射到第一光学聚焦透镜123的光路是大致平行的（可适用于图1中所示的实施例），而在图4B中，激光光束a从第一光学聚焦透镜123入射到光学元件160的光路和第一发射光b从光学元件160反射到第一光学聚焦透镜123的光路是成角度错开的（可适用于图2中所示的实施例）。

尽管图1和图2示出了根据本实用新型的分析系统100的两种局部方式，但本实用新型不限于此，例如还可以将X射线光源140布置成更靠近第一层161，但这不是优选的，因为可能会影响取样点的空间一致性。

尽管在各附图中参照了集成有LIBS设备部分和XRF设备部分的分析系统来描述本实用新型的各种实施例，但应当理解到，本实用新型的范围内的各实施例可应用至具有相似结构和/或功能的其它分析设备的需要保持紧凑的结构和使得取样点更集中的场合中。

前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。

对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。

Claims (12)

1.一种用于检测样品的分析系统，其特征在于，所述分析系统（100）包括：

激光器（110），用于发出激光光束；

第一检测器（130），用于检测所述样品（200）在受到所述激光光束激发后所发射出的第一发射光；

第一光学设备（120），所述第一光学设备（120）构造成能将所述激光光束引向所述样品（200）；

X射线光源（140），用于发射X射线至所述样品（200），以使得所述样品（200）发射出第二发射光；

第二检测器（150），用于检测所述第二发射光；

光学元件（160），所述光学元件（160）布置在所述第一光学设备（120）与所述样品（200）之间的光路中，并且也布置在所述X射线光源（140）与所述样品（200）之间的光路中；

其中，所述光学元件（160）包括：

第一层（161），所述第一层（161）构造成能将来自所述第一光学设备（120）的所述激光光束反射至样品（200）；

第二层（162），所述第二层（162）构造成能减少由所述X射线光源（140）发出的X射线所产生的干扰。

2.如权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述第一光学设备（120）包括第一设备部分和第二设备部分，所述第一设备部分构造成能将所述激光光束引向所述光学元件（160），而所述第二设备部分构造成能将所述第一发射光引向所述第一检测器（130）。

3.如权利要求2所述的分析系统，其特征在于，所述第一层（161）构造成还能将所述第一发射光反射至所述第二设备部分。

4. 如权利要求1-3中任一项所述的分析系统，其特征在于， 所述光学元件（160）设置成使其第一层（161）比第二层（162）更靠近所述第一光学设备（120），且所述第二层（162）比所述第一层（161）更靠近所述X射线光源（140）。

5. 如权利要求1-3中任一项所述的分析系统，其特征在于， 所述光学元件（160）设置成使所述第一层（161）与所述第二层（162）直接邻接。

6. 如权利要求1-3中任一项所述的分析系统，其特征在于， 所述光学元件（160）还包括面向所述第一光学设备（120）的最外层（165），用于保护所述第一层（161）。

7.如权利要求2-3中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述第一设备部分包括光学聚焦元件，用于将所述激光光束聚集于所述光学元件（160），以经由所述光学元件（160）反射至所述样品（200），所述光学元件（160）在所述光学聚焦元件与所述样品（200）之间的光路中定向成使得所述第一层（161）相对于所述光学聚焦元件和所述样品（200）均呈锐角。

8.如权利要求7所述的分析系统，其特征在于，还包括具有斜面（171）的保持构件（170），所述斜面（171）相对于所述光学聚焦元件和所述样品（200）倾斜定向，所述光学元件（160）设计成片状或层状元件，其安装于所述斜面（171）上。

9.如权利要求1-3中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述第一层（161）是全电介质反射膜或金属反射膜，所述第一层（161）的层厚为1-2微米。

10.如权利要求1-3中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述第二层（162）是铝层、铜层、钛层中的一种，第二层（162）的层厚为0.5-1.5毫米。

11.如权利要求1-3中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述光学元件（160）还包括第三层（163），所述第三层（163）用于减少由所述X射线光源（140）发出的X射线所产生的干扰，所述第三层（163）相比于所述第二层（162）更靠近所述X射线光源（140），其中，所述第三层（163）是钨层、钛层、铜层中的一种，所述第三层（163）的层厚为10-100微米。

12.如权利要求11所述的分析系统，其特征在于，所述光学元件（160）还包括第四层（164），所述第四层（164）用于减少由所述X射线光源（140）发出的X射线所产生的干扰，所述第三层（163）位于所述第二层（162）与所述第四层（164）之间，其中，所述第四层（164）是铝层或铜层，所述第四层（164）的厚度为0.5-1.5毫米。