[發明專利]基于雙透鏡的微量重金屬檢測的LIBS系統

在審

• 申請號: 201610045040.7
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105548094A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發明（設計）人: 王銳;馬曉紅;宋陽;趙華鳳;張敏;廖延彪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63;G01N21/01
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及微量重金屬檢測領域，尤其涉及一種基于雙透鏡的微 量重金屬檢測的LIBS系統。

背景技術

一般工業生產和生活中，重金屬往往特指銅Cu、汞Hg、錫Sn、 鉛Pb、鋅Zn、鎘Cd等10余種金屬。這些重金屬隨著工業生產的飛速 發展，富集在我們生活的環境中，隨食物、呼吸、直接接觸等多種方 式進入人體，產生多種毒副作用；或是在土壤、水體中遷移沉積，使 當地環境中的重金屬含量大大超越自然界的凈化能力，危害動植物的 生長，對生態環境造成極大的破壞，特別是對耕地的污染，更是直接 威脅農業生產和糧食安全。因此，對人類生活環境中的重金屬含量進 行檢測對保障農業生產和糧食安全均具有十分重要的意義。

目前，我國現有的重金屬含量檢測方法主要包括石墨爐加熱原子 吸收光譜法(GraphiteFurnaceAtomicAbsorptionSpectroscopy， GFAAS)、火焰加熱原子吸收光譜法(FlameAtomicAbsorption Spectroscopy，FAAS)、原子熒光光譜法(AtomicFluorescence Spectroscopy，AFS)等，還有近些年在微量物質檢測中普遍使用的 電感耦合等離子體原子發光光譜法(InductivelyCoupledPlasma- AtomicEmissionSpectroscopy，ICP-AES)。盡管這些方法都有很高的 檢出率，但普遍需要復雜的樣品預處理消解過程，檢測周期長，而且 檢測設備昂貴、操作復雜，更不可能進行可移動實時測量。

應用于微量重金屬檢測的激光誘導擊穿光譜(LaserInduced BreakdownSpectroscopy，LIBS)技術是一項以原子發射光譜分析為 核心的檢測技術，依靠高能激光脈沖，完成對被測樣品的原子化和原 子激發，然后使用高分辨多通道光譜儀測量原子發射光譜，分析得到 被測樣品中目標元素的種類和含量。LIBS具有樣品制備簡便、測量過 程迅速、低成本可移動等優勢。而由于蔬菜中目標元素濃度常常比土 壤中低2個數量級，檢測難度大，現有技術中使用LIBS對蔬菜中的銅 Cu、鉛Pb、鎘Cd、鉻Cr等元素重金屬進行測量還處在定性分析的初 級階段。此外，現有的應用LIBS技術進行土壤和蔬菜的重金屬檢測的 方案中，每次檢測所收集到的光譜都存在強度差異，特別當目標元素 含量低時，特征譜線的信噪比極不理想，因而影響了微量重金屬LIBS 檢測的準確性、穩定性和實用性，一定程度上限制了LIBS技術得到進 一步的發展和應用。而輻射光收集效率是影響上述問題的重要因素之 一。因此，現有的亟待解決的技術問題為：如何通過提高輻射光收集 效率，進而提高微量重金屬LIBS檢測的準確性、穩定性和實用性，使 LIBS技術得到進一步的發展和應用。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出了一種基于雙透鏡的微量重金 屬檢測的LIBS系統，該系統包括：

樣品臺，用于固定微量重金屬的待測樣品；

激光器，用于根據所述待測樣品的預設檢測點的位置產生檢測所 述待測樣品中所含微量重金屬含量的激光；

聚焦透鏡組，用于將所述待測樣品經過所述激光照射后產生的等 離子體輻射光進行聚焦，以獲取聚焦等離子體輻射光線；

光纖，用于將所述聚焦等離子體輻射光線進行耦合，以獲取耦合 等離子體輻射光線；

多通道光譜儀用于根據所述耦合等離子體輻射光線獲取所述待 測樣品的光譜數據；

數據處理器，用于根據所述光譜數據確定所述待測樣品的重金屬 含量。

優選地，所述多通道光譜儀為雙通道光譜儀；

相應地，所述光纖包括第一纖芯和第二纖芯。

優選地，所述聚焦透鏡組包括：

按照所述等離子體輻射光入射的次序設置的短焦透鏡和長焦透 鏡。

優選地，短焦透鏡301的焦距為40mm，數值孔徑為0.44，通光孔 徑為25.4mm；

所述長焦透鏡的焦距為75mm，數值孔徑為0.24，通光孔徑為 25.4mm。

優選地，所述樣品臺進一步用于固定所述待測樣品，并根據所述 待測樣品的預設檢測點的位置調節所述待測樣品的空間位置，使待測 樣品的預設檢測點的位置與激光的聚焦點位置重合。

優選地，所述系統還包括：

底座，用于承載并固定所述系統中的各個部件。