[發明專利]一種激光誘導擊穿?脈沖拉曼光譜聯用系統及使用方法

有效

• 申請號: 201510025924.1
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104596997B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 段憶翔;林慶宇;郭廣盟
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/65
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙)51222
• 代理人: 謝一平

技術領域

本發明涉及光譜分析技術領域，涉及一種激光誘導擊穿-脈沖拉曼光譜聯用系統及使用方法。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(LIBS)技術通過對高能激光脈沖的有效聚焦，在樣品表面形成激光誘導等離子體，由于這種等離子體局部能量密度及溫度很高，可瞬間完成取樣、原子化及激發甚至離子化的全過程，利用光譜儀采集等離子體的發射光譜，可實現對待測樣品元素的定性和定量分析。該方法具有分析速度快、操作簡單、無需樣品前處理、多組分同時測定及具備遠距離探測能力等特點，這些優勢特點使LIBS技術在冶金地質、航空航天等眾多應用領域逐漸得到嘗試性的使用。拉曼散射光譜(Raman)是一種非破壞性的分子光譜技術。該技術利用低能量激光作用于樣品表面，通過接收物質所產生的散射光譜，反饋物質的振動轉動能級情況，從而可以鑒別物質的結構信息。Raman光譜技術可以提供快速、簡單、可重復、且無損傷的定性定量分析，它也無需樣品準備，樣品可直接通過光纖探頭測量，一次可以同時覆蓋50-4000波數的區間，可對有機物及無機物進行分析，是廣泛應用于有機物、無機物及生物樣品的分子結構研究的一種分析方法。

LIBS技術和Raman光譜技術從儀器構成、光路設計到結果分析等方面都有著諸多相同或相似之處，兩種技術可以實現結合，實現聯用可同時獲取樣品的原子及分子光譜，并且在多種環境下均可對不同成分樣品進行分析檢測。

現有的聯用方法多是利用兩臺不同的激光器或者利用同一臺激光器的同一個波長分別激發原子光譜和分子光譜，雖然實現了新的技術創新，可以實現物質元素和結構的同時分析，但是，仍采用兩套不同的光路主體，由于光路設計相對獨立，并沒有真正實現兩種技術的融合，只是簡單的將兩種技術放在一起使用。而在采用同一個波長進行激發的實現方式中，由于LIBS和Raman兩種信號的激發條件不同，致使該技術并不能獲得最佳的信號效果。。

發明內容

本發明旨在提供一種激光誘導擊穿-脈沖拉曼光譜聯用系統及使用方法，結合目前的LIBS技術和Raman光譜技術各自的特點，提供一種能獲得最佳待測物元素信號與分子結構信號的激光光譜聯用系統，該聯用系統采用一個脈沖激光器，一套光學系統，一套光譜儀系統，實現兩種不同波長激發的兩種不同類型信號的獲取，光學系統內無任何移動鏡片組件，結構穩，性能強。

為達到上述目的，本發明是采用以下技術方案實現的：

本發明公開的激光誘導擊穿-脈沖拉曼光譜聯用系統，包括脈沖激光器、機械光斬波器、顯微成像光路、顯微成像裝置、Raman信號接收系統、全譜LIBS信號接收系統、光譜儀、樣品平臺；所述脈沖激光器出光口光路上設置半透半反鏡，所述半透半反鏡的透射光路上設置倍頻模塊，所述半透半反鏡的反射光路上設置第一反射鏡，所述顯微成像光路位于倍頻模塊的出射光路上，顯微成像光路位還位于第一反射鏡的光路上；所述機械光斬波器水平方向開時，位于半透半反鏡和第一反射鏡之間的光路上，機械光斬波器豎直方向開時，位于半透半反鏡和倍頻模塊之間的光路上，所述Raman信號接收系統、全譜LIBS信號接收系統均連接光譜儀。

進一步的，本發明還包括計算機控制系統，所述脈沖激光器、顯微成像裝置、光譜儀均與計算機控制系統電連接。

進一步的，本發明還包括擴束準直系統，所述擴束準直系統位于脈沖激光器、半透半反鏡之間的光路上。

優選的，所述顯微成像系統包括LED燈，相機，第一二向色鏡，第二二向色鏡，第三二向色鏡，成像雙合聚焦鏡和用于放置樣品的樣品平臺；所述LED燈位于樣品平臺的側上方，所述成像雙合聚焦鏡、第三二向色鏡、第二二向色鏡和第一二向色鏡、相機從下至上依次位于樣品平臺的上方，所述第三二向色鏡、第二二向色鏡和第一二向色鏡均與水平方向成45度夾角；所述第一二向色鏡位于倍頻模塊的出射光路上，所述第二二向色鏡位于第一反射鏡的反射光路上。

優選的，全譜LIBS信號接收系統包括LIBS光纖探頭，所述LIBS光纖探頭位于樣品平臺的側上方，所述LIBS光纖探頭通過第一光纖連接光譜儀，所述光譜儀受控于計算機控制系統。

優選的，所述Raman信號接收系統包括成像雙合聚焦鏡、第三二向色鏡、陷波濾波片、Raman光纖探頭、光譜儀；所述樣品平臺上樣品的反射光依次通過成像雙合聚焦鏡、第三二向色鏡、陷波濾波片到達Raman光纖探頭，所述Raman光纖探頭通過第二光纖連接光譜儀，所述光譜儀受控于計算機控制系統。

優選的，所述樣品平臺為具有X、Y、Z三軸自由度的電動平臺，樣品平臺的移動受控于計算機控制系統。