[發明專利]一種激光誘導單液滴擊穿檢測的方法與裝置

有效

• 申請號: 201410014531.6
• 申請日: 2014-01-04
• 公開（公告）號: CN103884689B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 鐘石磊;孫欣;修俊山;孫玉祥
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明適用于激光誘導擊穿光譜技術在化學元素成分檢測分析領域中的應用，以及激光與物質相互作用的物理機制基礎研究領域。具體來說，本發明可以通過輔助設備產生氣體環境中一定體積的球狀樣品液滴，然后引入激光脈沖燒蝕樣品液滴，通過研究樣品中不同化學元素的光譜輻射特性，最終達到定性和定量分析樣品中元素組分的目的；同時，可以用于研究激光與物質相互作用過程，以及等離子體的形成與演化特性。本發明所設計的檢測系統可以用于化工、食品、藥品等領域的高精度成分檢測應用，也可以應用于科研領域中的基礎研究。

背景技術

通過高能量密度激光脈沖擊穿樣品產生等離子體，在等離子體冷卻復合的過程中檢測其發射光譜，從而進行樣品成分識別分析的技術，稱為激光擊穿光譜技術(Laser?induced?breakdown?spectroscopy，LIBS)。與其他成分檢測分析技術相比，激光擊穿光譜技術以其無需樣品預處理以及快速、實時、微損等特點，得到了廣泛地關注。該技術可根據擊穿過程產生的等離子體發射出來的原子發射光譜譜峰位置及譜線強度來進行定性和定量的成分分析。將這種技術應用到液體樣品的成分分析領域中也具有較好前景，可預見該技術能夠在水資源的重金屬污染，礦產資源勘探，藥劑飲品生產檢驗和工礦企業排放污水監測等領域中發揮作用。

當LIBS應用于化學成分分析領域時，激光能量等實驗參數的不穩定、基質效應等因素會導致擊穿燒蝕過程的不一致，進而造成燒蝕樣品量的不同，影響了LIBS技術的檢測能力。確定每次被燒蝕樣品的體積和數量，對于LIBS定量分析技術的研究也有著可預見的幫助。同時，激光誘導擊穿光譜技術在化學分析應用領域中受到了廣泛地重視，但是由于燒蝕過程的不可控制，以及對于這一技術背后的物理機制的理解仍較為有限，使得LIBS檢測技術的發展也受到了一定程度的限制，因此相關的理論基礎亟待發展。因此，對特定環境氣體下獨立的體積可控的小顆粒樣品進行激光燒蝕實驗，結合光譜檢測技術和時間分辨成像技術，觀察分析燒蝕過程、等離子演化過程及譜線特性，將有助于有效解決上述關鍵問題。

發明內容：

本發明利用特殊設計的樣品液滴產生裝置生成體積可控制的球狀液體樣品，并在特定氣體環境中利用激光脈沖擊穿樣品，利用光譜分析設備和和時間分辨圖像傳感器分析燒蝕過程和等離子體特性。

本發明可以分為樣品液滴產生裝置、位置傳感裝置、激光脈沖發射裝置、光譜分析裝置和時間分辨成像裝置五個部分。其中樣品液滴產生裝置主要用來產生一定體積的樣品，并通過導流裝置使樣品沿直線運動；位置傳感裝置主要用來監測樣品速度、位置等信息，以便計算觸發激光脈沖的時間；激光脈沖發射裝置，主要包括脈沖激光器和聚焦透鏡組，用來產生擊穿樣品所需的激光脈沖；光譜分析裝置主要包括收集透鏡組、光譜儀及探測器，用來對擊穿產生的光譜輻射進行采集；時間分辨成像裝置時具有時間分辨門控裝置的圖像傳感器，用來采集被擊穿樣品的空間輻射情況。

附圖說明：

下面將結合附圖對本發明做進一步說明。

附圖為單液滴激光擊穿檢測裝置示意圖。其中1為氣動室，2為微量氣泵，3為微量注射器，4為透明材質的毛細管，5為導流排氣口，6為毛細管為管柱軸線，7為密封艙，底部開有進氣口，上述部件組成樣品液滴產生裝置；8為連續激光器，9為高速光電探測器，兩者組成位置傳感裝置，10為輔助控制電路，11為脈沖激光器，12為聚焦透鏡組，組成激光脈沖發射裝置；13為收集透鏡組，14為光纖，15為光譜儀，16光電探測器，組成光譜分析裝置；17為配有成像鏡頭的圖像光電探測器，作為時間分辨成像裝置；18為計算機。

具體實施方式：