深度制冷CCD相机助力便携式XRD/XRF的文化遗产保护工作

每个人都梦想着在自己的阁楼上发现一幅被遗忘的伦勃朗（Rembrandt）或一幅丢失的毕加索（Picasso）的杰作。当这样一幅作品出现时，通常很难确定它是真的还是假的。如今，一件拥有底蕴的艺术品通常价值昂贵，保险公司在为其提供保险前需要确保其是否是真品。因此，鉴定真伪就成了至关重要的环节。过去人们为了鉴定真伪会去了解艺术家使用的材料和技术、了解画作的历史……，但也难免出现错误，好在随着科技的进步发展，已经出现了可靠的检测技术。有有很多科学技术可以证明艺术品的真实性。比如使用X射线荧光（XRF）和X射线衍射（XRD）鉴定法，即对物品的一小部分进行分析，以测量矿物和化学成分。

XRD是一种拥有100多年历史的技术，用于研究晶体物质的结构。这种技术通常用于分析地质样品、人造材料或药物。NASA还将XRD部署在好奇号火星车上，用于分析火星土壤和岩石。XRF是一种成熟的定量元素分析方法，其基础是受初级X射线高能束照射的材料原子的电离。

在文物检测领域，XRD和XRF是非常普遍的技术，但它们通常需要从物体中收集样本，这就难免会对艺术品造成破坏，为了避免对艺术品造成损坏，也可以采用将物体带到实验室利用同步辐射加速器装置进行实验，但是这又带来成本昂贵、耗时且不实用的问题。eXaminart LLC是一家位于美国的公司，它开发了一种便携式XRD/XRF系统，使艺术历史学家和文物保护工作者们能够在现场应用XRD和XRF技术。

eXaminart LLC公司的Duetto 2仪器将一个微型X射线源和一个Raptor Photonics公司的CCD相机耦合在一起，以记录物体表面小区域的X射线衍射和荧光特征，从而能够识别材料，如绘画中的颜料。

采用与NASA火星车上XRD/XRF仪器类似的方法，从一系列CCD图像数据中提取XRD和XRF数据。在分析过程中，每隔几秒读取图像数据，实时处理原始CCD图像数据，并在计算机上显示XRD/XRF图表。

图1：带有RaptorCCD相机的Duetto 2系统

采用与NASA火星车上XRD/XRF仪器类似的方法，从一系列CCD图像数据中提取XRD和XRF数据。在分析过程中，每隔几秒读取图像数据，实时处理原始CCD图像数据，并在计算机上显示XRD/XRF图表。

从与XRD完全相同的物体部位获得的XRF数据，在帮助复杂样品的相位识别或确认被XRD独立发现的相位特征方面，这些数据可以提供丰富的信息，是非常实用的。

图2a：2D XRD图谱和衍射图，带有相鉴定，显示油漆中存在重晶石。

Duetto 2系统特性：

• 小型坚固的机身，使其成为世界上较小的XRD设备
• Raptor Photonics公司Toucan深冷CCD X射线相机
• 微型X射线管（钴或铜）
• 微聚焦激光束和嵌入式相机，用于定位
• 较低的功率（40W），允许使用锂电池可以完成一天的工作
• 软件/数据库

图2b-镉橙涂料（蓝色）与纯镉橙颜料（红色）的XRF光谱比较。XRF中的Ba特征证实了XRD图谱中重晶石的解释。

aptor Photonics与eXaminart LLC密切合作，为其Duetto-2系统开发OEM CCD相机解决方案。

Toucan OEM是一款定制的、采用了深度冷却、深度耗尽的CCD30-11传感器的相机，带有铍（Be）窗口，传感器鼓出和偏移。

图3-带Be窗口的Toucan OEM

• 2keV-20keV的光谱响应（能量）
• 独特的机械设计使传感器能够更接近物体
• 低噪声和低暗电流
• USB 2.0接口
• 功耗低、结构紧凑（80 x 80 x 90mm）、重量轻（<750g），便于携带和使用