[實用新型]激光誘導磁約束增強等離子體光譜檢測裝置

有效

• 申請號: 201420032171.8
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN203772742U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 周衛東;蘇雪嬌
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 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

本實用新型涉及原子光譜學，屬于等離子體光譜檢測技術領域，具體是一種激光誘導磁約束增強等離子體光譜檢測裝置。

背景技術

激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)是一種基于原子發射光譜和激光等離子體發射光譜的元素分析技術。利用高能量密度的脈沖激光誘導擊穿材料表面，使材料表面的微量樣品發生電離，產生激光誘導等離子體，在等離子體發射光譜中包含攜帶著豐富的樣品元素信息的線狀光譜和背景信息的連續光譜，根據反映元素信息的線狀光譜便可對樣品中所含元素進行定性和定量分析。LIBS探測物質成分僅需激光轟擊到樣品表面，不像化學檢測技術所需要的復雜的化學反應過程。該技術相對于其他光學檢測方法如激光光譜技術(激光拉曼光譜技術、激光吸收光譜技術等)而言，實驗方法簡單并且可實現多元素實時在線分析。因此，LIBS技術在環境污染檢測、生物醫學、材料成分在線檢測、土壤成分檢測、空間探索、軍事爆炸物探測和文物鑒定等諸多領域已經有了廣泛的應用。

為了將LIBS技術進一步向實用化方向推進，提高LIBS探測的可靠性、經濟性和準確性。目前的研究主要集中在如何增強光譜線信號強度、提高信噪比、降低基體效應、提高探測極限等方面。其中具有代表性的是飛秒激光誘導擊穿光譜(fs-LIBS)、雙脈沖激光誘導擊穿光譜等LIBS激發新技術。當然，也有學者提出在激光誘導擊穿光譜的基礎上外加空腔實現離子體的空間約束來提高LIBS的光譜質量。

但是，飛秒激光誘導擊穿光譜和雙脈沖激光誘導擊穿光譜技術的成本高，而且實驗條件過于復雜。空間約束主要是利用機械結構在物理上提高LIBS的信號強度，而且空腔的使用還可能產生等離子體污染或沖擊腔室等問題，從而影響LIBS檢測性能。

實用新型內容

本實用新型為了克服以上現有技術存在的不足，提出了一種激光誘導磁約束增強等離子體光譜檢測裝置，該裝置操作簡單，成本較低，利用電流產生的電磁場實現對激光等離子體約束，不會產生二次污染，有很好的實用性。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

激光誘導磁約束增強等離子體光譜檢測裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號接收單元、平臺和數據分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測裝置設有一個通過電流產生磁場的電路組成的信號增強單元。

所述的信號增強單元包括交流電源，直流穩壓模塊、通電螺線管、滑動變阻器構成的回路。

所述的交流電源是市電，電壓為220V，頻率為50Hz。

所述的直流穩壓模塊，主要包括電源變壓器、整流器、濾波器、穩壓器四個部分，可輸出穩定的直流電壓。

所述的通電螺線管為實驗室常用的長直螺線管，兩端的導線與直流電相連，產生方向與電流方向成安培定則的磁場。

所述的滑動變阻器接在電路中，通過移動滑動變阻器，改變接入電路中的阻值，從而改變通過螺線管的電流，改變磁場的大小，以滿足不同性質的樣品和激光能量對磁場強度的要求。

本實用新型的工作原理為：通常情況下，高能量激光脈沖誘導產生的等離子體以激光中心線為軸向外快速膨脹。在加磁約束條件下，高速運動的等離子體中帶電粒子(電子和離子)，在變化的磁場中受到洛倫磁力的作用開始做圓周運動而被束縛在磁場中，從而加劇了等離子體中粒子間的碰撞幾率，碰撞使得更多的原子或離子獲得能量而被激發或電離。這樣使得處于激發態的原子或離子數密度增加，等離子體的溫度升高。所以在外加電磁場約束的情況下激光等離子體輻射光譜強度增強，從而提高LIBS光譜檢測靈敏度。

運用本實用新型檢測裝置進行的檢測過程如下：

由上述YAG激光器發射一束激光被反射鏡反射，通過透鏡聚焦后垂直入射到樣品表面上產生激光等離子體；激光等離子體以垂直于樣品表面的方向迅速向外膨脹，膨脹的等離子體中帶電粒子在兩個通電螺線管之間產生的磁場中受洛倫磁力的作用作圓周運動，由于磁約束而做高速圓周運動的帶電粒子會進一步增加等離子體中粒子間的碰撞幾率。在碰撞過程中發生能量的轉化，使更多原子和離子獲得能量從低能級被激發到高能級，從而使得等離子體輻射光譜強度增強。然后利用探頭、光纖、光譜儀組成的信號接收單元進行光譜的采集，最后由計算機進行數據分析。

附圖說明

圖1為本實用新型激光誘導磁約束增強等離子體光譜檢測裝置。

圖2為本實用新型信號增強單元電路結構圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明