[實用新型]激光誘導擊穿光譜術的物質檢測裝置

有效

• 申請號: 201621170072.1
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN206235561U
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 張貴忠
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙)33209
• 代理人: 梁斌

技術領域

本實用新型涉及一種檢測裝置，特別是一種激光誘導擊穿光譜術（LIBS）的物質檢測裝置。

背景技術

鉛（Pb）以及其他重金屬為我們日常生活中所熟知，且經常與人接觸，其單質和化合物毒性巨大，并且可以在體內積累，因此，世界各國的機構都對食品、建筑用料等很多東西的含鉛量進行了嚴格規定。然而，美國安全理事會在2004年證實，在全美有大約3800萬的住宅的鉛含量依然在標準含量以上；同年，我國發生了嬰幼兒奶粉的鉛中毒的惡劣事件。因此，有效地控制工農業產品中的鉛含量具有重要意義。

目前，實現鉛檢測的常用方法主要有：X射線熒光光譜分析（XRF）、原子吸收光譜分析（AAS）以及電感耦合等離子體原子發射光譜分析（ICP-AES）。其中XRF可以實現快速檢測，但是在分析金屬化合物的時候，其精度會降低；AAS和ICP-AES的檢測精度高、穩定性好，但是設備昂貴、樣品要進行特殊處理，只適用于實驗室環境。與前面的檢測方式相比，LIBS無需處理樣品、適用惡劣環境等特點，使它在很多情況下具有上述三種檢測方法無法比擬的優勢：

1、樣品只需很少的前期處理（甚至根本不需要事先處理），而傳統的原子光譜分析技術在處理樣品上消耗的時間是很可觀的，所以這能夠很大提高批量檢測的速度；

2、取樣方法的通用性，不管待測物質是導體還是絕緣體，都沒有什么特殊要求；

3、樣品消耗量非常少，通常只需要消耗用極少量（微克量級）的物質進行分析，對樣品的破壞性??；

4、不需要溶解樣品，很適合用于分析一些非常難溶的物質，比如陶瓷、玻璃等；

5、只要焦點可以處理到足夠小，同樣適用于定點分析微小的區域；

6、可以實現有毒、強輻射等惡劣環境下的遠距離、非接觸性探測分析；

7、易于實現各種實地測量，包括水下測量。

中國發明專利201510678985.8公布一種基于LIBS測量氣體中重金屬元素的裝置，主要包括激光燒蝕系統、樣品室系統、LIBS測量系統。一般LIBS（激光誘導擊穿光譜術）光譜分析儀單脈沖激發的實驗裝置主要包括激光器、激光聚焦系統、氣室（含真空泵和樣品夾持臺）、光譜采集系統、分光系統、光電信號轉換系統、時間控制系統和計算機（光譜保存處理顯示）。由于氣室的存在，使得整個實驗裝置占用了一定的空間，加上真空泵攜帶不便，光學多通道分析儀 (Optical Mutichannel Analyzer，簡稱OMA ) 造價不菲，使得這種典型的單脈沖裝置只適合在實驗室使用。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種結構設計合理的激光誘導擊穿光譜術的物質檢測裝置。該物質檢測裝置光譜分辨率高，能有效避免不同發射譜線之間的干擾。

本實用新型解決上述問題所采用的技術方案是：激光誘導擊穿光譜術的物質檢測裝置，依次包括激光器、樣品夾持臺、光譜采集系統、分光系統、光電信號轉換系統和計算機，樣品夾持臺用于放置樣品，激光器發射激光，照射至樣品表面產生光譜，光譜采集系統用于采集樣品表面產生的光譜并且將其傳入分光系統，分光系統用于光譜處理，光電信號轉換系統包括光電信號轉換原件，用于將分光系統處理后的光譜轉換為電信號，計算機用于接收光電信號轉換系統輸出的電信號并且輸出數據，其特征在于：光電信號轉換原件為電荷耦合元件。本實用新型采用常規的電荷耦合元件（CCD）作為時間分辨探測器。相比國內大都采用的PMT而言，CCD在工作過程中無需進行波長步進掃描，可以實現快速檢測；相對國外使用的OMA和增強型CCD(ICCD)而言，整個檢測系統的性價比顯著提高。普通CCD是一個積分器件，因此在物質檢測裝置系統中采集的光譜數據是一段時間內的積分綜合效應。采用常規CCD采集到的光譜表征了激光等離子體的綜合性質，即所有的光譜都是由連續光譜本底和迭加上面的元素特征譜線組成的。整個物質檢測裝置依據其工作流程進行安裝，其工作流程如下：先將樣品放置于樣品夾持臺，然后激光器發射激光，照射至樣品表面產生光譜，由光譜采集系統采集光譜傳入分光系統，由分光系統將處理后的光譜導入光電信號轉換系統轉換為電信號，最后由計算機輸出。

本實用新型所述物質檢測裝置還包括激光聚焦系統，激光聚焦系統安裝于激光器和樣品夾持臺之間，激光器發射的激光經由激光聚焦系統匯聚于樣品表面。聚焦到樣本表面的激光短時間內使樣品表面的一個很小區域的物質經歷受熱、氣化、分解成原子，最后離子化，形成等離子體。