[實用新型]一種基于激光誘導擊穿光譜技術的大氣重金屬污染物采集檢測裝置

有效

• 申請號: 201420802250.2
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN204330594U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 郭銳;張壹
• 申請（專利權）人: 郭銳;張壹
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N1/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及激光光譜分析領域，具體為一種基于激光誘導擊穿光譜技術的大氣重金屬污染物采集檢測裝置。

技術背景

隨著工業和經濟的快速發展以及人口數量的劇增，大氣中的重金屬污染成為當今世界面臨的主要污染之一，其主要來自于工業生產、機動車尾氣、采礦、鍋爐燃煤和汽車輪胎磨損產生的大量含重金屬的有害氣體和粉塵等。重金屬污染物主要附著在PM2.5和PM10顆粒上，PM2.5和PM10指的是空氣動力學當量直徑小于等于2.5微米和10微米的可吸入顆粒物，這些可吸入顆粒物具有較強的吸附能力，是包括重金屬元素在內的多種污染物的“載體”和“催化劑”，可以在大氣中長時間的停留和遠距離傳輸。重金屬污染物在自然的大氣環境中難以降解，能在動植物體內長期積累，并通過食物鏈逐步富集，濃度能成幾十上百甚至成萬倍的增加，最終進入人體并沉積于肺部，直接參與血液循環，對人體的危害程度巨大。

目前檢測大氣氣溶膠中重金屬元素的通常做法是：先對大氣實地采樣，然后送到相關的實驗室，用原子吸收光譜法(AAS)、電感耦合等離子體光譜(ICP-AES)或原子熒光光譜法(AFS)等進行測量。這些分析方法都需要進行樣品的采集、制備、化驗等一系列過程，通常數小時甚至數天之后才能得到檢測結果，而且這種間隔采樣的方法只能反映較短時間段內的大氣中的重金屬含量，使檢測結果偏離實際樣本狀況而產生一定的誤差。

激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術利用高能量脈沖激光聚焦于樣本表面，將樣本氣化為瞬態的高溫、高密度激光等離子體，等離子體中的分子、原子將產生包含元素成分特征的發射譜線，通過對等離子體發射光譜的分布和強度分析，可以確定樣本中重金屬元素的種類和含量信息。激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術具有無需對樣品進行預處理，可以實現多元素同時檢測的特點，有效解決了大氣懸浮污染顆粒物中多種重金屬元素的在線、實時和連續監測的難題。

激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術與其它成熟的分析技術相比，由于等離子體光譜信號受到激光光源、信號采集延時、信號收集裝置以及樣本本身特性等多種因素的影響，在定量分析方面存在一定的局限性。大氣作為一種以氣態形式存在的樣本，如果對大氣直接進行采樣，將脈沖激光光束作用于大氣樣本，經過激光誘導擊穿所產生的等離子體光譜信號強度會十分有限，光譜信號采集裝置很難進行有效的收集分析，而且光譜信號強度波動劇烈，即使在穩定條件下測量含量固定的氣體，信號也會呈現較寬的強度分布，這個弱點使得激光誘導擊穿光譜技術在氣體樣本的定量檢測方面受到一定的限制。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種基于激光誘導擊穿光譜技術的大氣重金屬污染物采集檢測裝置，以解決現有激光誘導擊穿光譜技術通常只針對固體樣本，而對氣體樣本很難檢測的問題。

為了解決現有大氣污染顆粒物中重金屬元素含量檢測技術工序復雜且耗時較長的問題，本實用新型所采用的技術方案為：

一種基于激光誘導擊穿光譜技術的大氣重金屬污染物采集檢測裝置，包括大氣重金屬污染物采集系統和激光誘導擊穿檢測系統：

大氣重金屬污染物采集系統主要由真空泵、傳輸管道、氣體過濾收集裝置和氣體處理裝置組成；首先由真空泵將含有重金屬污染物的大氣吸入傳輸管道，然后大氣經由裝有兩個固體濾膜的過濾收集裝置，通過固體濾膜對大氣中的重金屬污染顆粒物進行吸附處理，使大氣重金屬顆粒物附著于固體濾膜上，形成一層相對穩定的氣溶膠積層，最后將處理過的大氣排入盛有水的容器中，完成對大氣中重金屬污染顆粒物的收集；

大氣重金屬污染物激光誘導擊穿檢測系統主要由激光器、反射鏡、聚焦透鏡、配有ICCD的光纖光譜儀和數據采集裝置組成；激光器發出的脈沖激光束通過聚焦透鏡聚焦于固體濾膜上的氣溶膠積層，形成高溫等離子體，通過光譜檢測系統對氣溶膠產生的等離子體光譜信號進行分析，得到大氣懸浮污染顆粒物中重金屬元素的種類和含量信息，以確定大氣的重金屬污染程度。

所述的一種基于激光誘導擊穿光譜技術的大氣重金屬污染物采集檢測裝置，其特征在于：所述傳輸管道、氣體過濾收集裝置以及固體濾膜結構穩定，成分單一，其中不包含待測氣溶膠樣品中所檢測的金屬成分；傳輸管道和氣體過濾收集裝置可以為玻璃管道。

所述的一種基于激光誘導擊穿光譜技術的大氣重金屬污染物采集檢測裝置，其特征在于：氣體過濾收集裝置采用可拆卸結構，兩個固體濾膜通過上、下兩個卡槽緊貼固定在直徑約為1厘米的套管中；傳輸管道較過濾套管略粗，與過濾套管相連的前、后傳輸管道內側各套有一個密封墊圈，通過密封墊圈可以將過濾套管連入氣體傳輸管道中。