[發明專利]一種檢測空氣中懸浮鉛含量的裝置

無效

• 申請號: 200910097973.0
• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號: CN101545862A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 劉英明;高秀敏;王健;顧海濤;李涉英
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01J3/18;G01J3/12;G01J3/28;G02F1/35
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 杜 軍

技術領域

本發明屬于光學技術領域，涉及一種檢測空氣中鉛含量的裝置，主要用于檢測空氣中懸浮狀鉛的含量。

技術背景

鉛是人體非必需的物質，而且很容易在人體內富集，而不易排出。大氣中的鉛主要來源于兩個方面：自然因素和人為因素。自然因素主要是火山噴發、風沙土壤的自然塵以及微生物合成的有機鉛化合物等；人為因素主要是汽車、工廠排出的尾氣，含鉛的焊接材料和油漆，生產蓄電池的含鉛廢液等。鉛在大氣中的存在形式有：單質的鉛、氧化鉛等無機鉛和四乙基鉛等有機化合鉛。它們通常被顆粒物吸附漂浮在大氣中或以氣溶膠的形式存在。

鉛是有毒的，對環境污染非常嚴重。人體直接吸收或者通過食物鏈的富集作用鉛可在體內集聚，從而對人體產生巨大的危害，由于鉛比較重一般漂浮在大氣的最底層，所以對兒童的危害更大。尤其是嚴重影響兒童的發育。目前對鉛的檢測方法主要有原子吸收光譜法(AAS)、原子發射光譜法(AES)和原子熒光光譜法(AFS)。原子吸收光譜法具有靈敏度高、選擇性好、穩定性好等特點，但是也有很多不足：1)受化學干擾嚴重，結果不能令人滿意；2)重復性和準確性差；3)要做樣品的預先處理；4)測試完成后要除去殘留物質。原子發射光譜法，具有分析速度快、重復性好、可同時檢測多種元素等優點，但同樣易受化學干擾，一般多用于固體金屬的分析，而基于等離子體的發射光譜分析可以檢測液體，但是分析速度很慢。原子熒光光譜法具有分析精確，選擇性好，檢出限低，線性范圍寬，干擾少等優點。但是傳統的原子熒光光譜分析儀結構復雜，需要原子化裝置，要對樣品進行預處理。以上方法都不能夠連續在位的對空氣中懸浮的鉛含量進行監測。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術的不足，提供一種可以連續在位測量空氣中懸浮鉛含量的裝置，具有結構簡單、熒光利用率高、不需要對樣品進行預處理、不需要原子化部件、可以連續在位測量。

本發明的基本構思是：在激光誘導熒光光譜分析技術中，激光束經倍頻后經反射鏡的反射后入射到樣品，樣品在受激吸收光子，然后釋放出熒光。通過牛頓望遠鏡和凹面反射鏡收集熒光，經濾波后，輸入到光譜儀中檢出鉛的特征譜線，數據傳輸到信息處理顯示單元根據熒光的強度計算出鉛的含量，接著處理下一個數據，實現連續測量。此方法無需原子化、系統簡單、易于操作、可放置在現場，實現在位測量。

本發明包括激光器、激光倍頻器、單面反射鏡、雙面反射鏡、凹面反射鏡、牛頓望遠鏡、濾光片、聚焦透鏡、光譜檢測儀器、信息處理顯示單元。激光器、激光倍頻器和單面反射鏡依次放置在光源光束的出射光路上，單面反射鏡的反射面與光源光束的夾角為45°。雙面反射鏡設置在經單面反射鏡反射光束的光路上，并且與單面反射鏡平行設置。牛頓望遠鏡和凹面反射鏡分別設置在雙面反射鏡的兩側，其中凹面反射鏡位于經雙面反射鏡一個反射面反射光束的光路上，牛頓望遠鏡接收一部分熒光，同時凹面反射鏡把收集到的熒光反射到牛頓望遠鏡上，再經牛頓望遠鏡的匯集反射到雙面反射鏡的另一個反射面。濾光片、聚焦透鏡和光譜檢測儀器依次放置在雙面反射鏡另一個反射面反射光束的光路上，其中光譜檢測儀器設置在聚焦透鏡的焦平面上。信息處理顯示單元與光譜檢測儀器電連接，用來接收光電轉換的信號。

所述的激光器為YAG激光器、固態激光器、染料激光器中的一種。

所述的激光倍頻器為三倍頻倍頻器。

所述的單面反射鏡為平面反射鏡，雙面反射鏡為兩個反射面都為平面的雙面反射鏡。

所述的凹面反射鏡為中間帶圓孔的凹面具有高反射率的凹面反射鏡，中間的圓孔直徑的大小等于光斑的直徑。

所述的光譜檢測儀器是光柵光譜儀、單色儀、CCD光譜儀的一種。

本發明一種檢測空氣中懸浮鉛含量的裝置的工作過程為：激光器發出的激光經倍頻后，輸出短波長的光束。光束經單面反射鏡的反射，傳播方向改變90°，入射到雙面反射鏡的一個反射面上，經反射鏡的反射，方向改變90°；光束入射到樣品中，樣品在吸收激光光子后發出熒光。牛頓望遠鏡直接接收部分熒光，另有一部分熒光反射到凹面反射鏡上，經凹面反射鏡反射給牛頓望遠鏡，而透射的激光束從凹面反射鏡的圓孔中透過，不會被凹面反射鏡反射。牛頓望遠鏡收集到熒光，經雙面反射鏡的另一個反射面反射到濾光片，經過濾光片濾除短波，經聚焦透鏡后，光線入射到光譜檢測儀器中，由光譜檢測儀器檢出鉛的特征譜線，轉換成電信號送入信息處理顯示單元，由此給出樣品中鉛的含量。