[發明專利]一種便攜式激光探針成分分析儀

有效

• 申請號: 201310450489.8
• 申請日: 2013-09-27
• 公開（公告）號: CN103558191A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 曾曉雁;曾慶棟;李祥友;郭連波;段軍;沈萌;郝中騏;賀超;于洋;任昭;呂金萍
• 申請（專利權）人: 武漢新瑞達激光工程有限責任公司;華中科技大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務所(普通合伙) 42224
• 代理人: 紀元

技術領域

本發明屬于激光精密檢測技術領域，具體為一種便攜式激光探針成分分析儀(簡稱激光探針儀)，主要用于物質元素成分的定性與定量分析。

背景技術

在冶金、機械、能源、化工、環保、食品安全、生物制藥等領域中，常常需要對物質成分進行定性或定量分析。目前應用較為成熟的分析方法有：紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體法(ICP)、X熒光光譜(XRF)、電感耦合等離子質譜法(ICP-MS)等。但由于這些方法制樣比較繁瑣，分析周期長，一般需要對樣品進行預處理，且儀器成本過高，使用條件苛刻，不能在野外等惡劣環境下或工業現場進行檢測，無法實現在線檢測的目的。激光誘導擊穿光譜(Laser?Induced?Breakdown?Spectroscopy，簡稱LIBS)，是一種新型的物質成分分析技術，它是通過將脈沖激光束聚焦到樣品表面燒蝕形成等離子體而發射出光譜，通過采集等離子體光譜來分析其元素的成分及其含量。與傳統分析儀相比，LIBS技術具有無需樣品制備，分析迅速，可同時檢測多種元素、探測極限低、成本低等優點，可用于固體、液體和氣體等物質的檢測，特別適合物質的原位分析。

與其它物質成分分析方法相比，LIBS技術有著顯著的優勢，然而，現有的LIBS系統還存在著一些不足之處。

中國專利文獻《一種激光探針微區成分分析儀》(申請號為200910062846，公開日為2009年11月25日)公開了一種基于微區成分探測分析的激光探針儀，該激光探針儀主要是由LIBS、工業CCD、工作臺和控制系統組成，主要是針對物質微區成分的分析探測，因其采用了機械約束機構，從而有效地降低了LIBS的探測極限。但儀器復雜、體積龐大，主要適用于實驗室內檢測分析，不便于在野外或工業現場實時檢測。

中國專利文獻《激光誘導放電增強等離子光譜檢測裝置》(申請號為200910154015.2，公開日為2010年4月21日)公開了一種激光誘導放電增強等離子光譜檢測裝置。該裝置包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元，由探頭、光纖和光譜儀組成的信號接收單元，載物臺和數據分析單元。該裝置設有一個高壓快放電回路組成的信號增強單元，能在一定程度上增強信號強度，具有較低的檢出限和較高的穩定性等特點。然而，高壓放電回路的引入使整個系統更加復雜，體積更大，同樣不便于在野外或工業現場檢測。此外，由于電火花放電的不均勻性，可能會影響測量結果的穩定性，也可能會對樣品造成較大的燒蝕，其探測極限也沒有雙激光脈沖的低。

中國專利文獻《一種基于雙激光光源的激光探針微區成分分析儀》(申請號為201010114115.5，公開日為2010年7月21日)公開了一種基于雙激光光源的激光探針微區成分分析儀，該激光探針儀器主要是采用雙激光光源，固定波長激光器和波長可調諧激光器可上下或平行放置，且通過數字延時發生器控制其開啟順序及延時。這種雙激光光源激發的激光探針儀探測極限低，元素分析精度高。可用于各種物質微區的微量、痕量元素的準確定性和精確定量分析，但由于儀器體積龐大，其主要是針對實驗室內做精確測量，不便于在野外或工業現場實時檢測。

現有的LIBS系統的不足之處主要表現在：

首先，傳統的LIBS系統大多采用Nd：YAG激光器在光學平臺上搭建復雜的光路系統，設備體積龐大，對設備放置的環境要求高，如需要專門的光學平臺等，有些激光器需要恒溫、干燥環境等，因此無法將儀器搬到野外惡劣環境或工業現場進行分析；

其次，目前的可移動式的LIBS系統一般是將整個激光器發射頭裝進探測頭里面，使得探測頭的體積依然比較龐大，這給野外探測和工業現場分析帶來不便。同時，由于采用單脈沖，探測極限和精度受到了很大的限制，很難探測痕量元素。

第三，目前的有些LIBS系統為了增強等離子體光譜強度，往往采用一些輔助的增強措施，例如充保護氣、抽成真空，電火花或微波加熱等等，這些輔助裝置的加入，往往需要做一個專門的樣品室，樣品室的大小使得目標樣品的尺寸受到很大限制，無法完成大尺寸試樣的成分分析，無法在工業現場進行實時監測。

第四，目前常見的LIBS系統一般采用30-100mJ的單脈沖能量。例如清華大學，馬曉紅等，檢測時間及位置可控的激光誘導擊穿光譜檢測轉置，[P]，中國，201010569401.0，20101126。然而，較大的激光脈沖能量對樣品的表面燒蝕比較嚴重，對樣品的損傷較大。