[發明專利]基于等離子體約束腔的微量重金屬檢測的LIBS系統

有效

• 申請號: 201610045515.2
• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105699338B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 馬曉紅;宋陽;王銳;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

本發明涉及一種基于等離子體約束腔的微量重金屬檢測的LIBS系統，包括樣品臺、激光器，等離子體約束腔、光譜儀以及數據處理器。所述樣品臺用于固定微量重金屬的待測樣品；所述激光器用于根據所述待測樣品的預設檢測點的位置產生激光；所述等離子體約束腔用于與所述樣品臺的表面構成一腔室，以將所述待測樣品的預設檢測點罩設于所述腔室中，并使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從狹縫中透出。本發明通過在所述樣品臺的表面上設置等離子體約束腔，對等離子體輻射光起到了增強作用，提高了輻射光收集效率，進而提高了系統檢測的準確性、穩定性和實用性，使LIBS技術得到了進一步的發展和應用。

技術領域

本發明涉及微量重金屬檢測領域，尤其涉及一種基于等離子體約束腔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(Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy，GFAAS)、火焰加熱原子吸收光譜法(Flame Atomic Absorption 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(Inductively Coupled Plasma-Atomic EmissionSpectroscopy，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(Laser Induced 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，本發明一方面提出了一種基于等離子體約束腔的微量重金屬檢測的LIBS系統，其特征在于，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；

等離子體約束腔，用于與所述樣品臺的表面構成一腔室，以將所述待測樣品的預設檢測點罩設于所述腔室中，并使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從狹縫中透出，所述狹縫開設于所述等離子體約束腔的腔體上；