[發明專利]一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測方法及裝置

在審

• 申請號: 201711347515.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107907530A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 郝中騏;李祥友;李嘉銘;周冉;郭連波;曾曉雁;陸永楓
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 華中科技大學專利中心42201
• 代理人: 曹葆青,李智

技術領域

本發明屬于原子發射光譜檢測技術領域，具體涉及一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測方法及裝置。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(Laser-induced Breakdown Spectroscopy，簡稱LIBS)技術是一種激光等離子體光譜分析技術。LIBS技術樣品處理簡單，檢測速度快，適合野外、實時在線及遠程檢測。然而，采用單激光作為激發源的常規LIBS技術難以克服基體效應和光譜干擾問題。物質中元素在物理或化學形態的不同對激光與物質相互作用、等離子體發射光強度、元素分析靈敏度及定量分析精準度都有直接影響，即所謂基體效應，它使得不同樣品中同種元素難使用同一定標準曲線進行定量分析。輕微的基體效應會導致定量分析精準度不高，嚴重的基體效應將導致分析元素含量與特征譜線強度之間明顯的非共線性，難以進行有效的定量分析。此外，所含元素眾多的樣品光譜復雜，元素譜線間相互干擾造成分析譜線強度偏高和譜峰位置偏移，導致分析誤差增大。因此，迫切需求研發新的LIBS方法同時改善常規LIBS面臨的基體效應和光譜干擾問題。

中國專利文獻《一種基于雙激光源的激光探針微區成分分析儀》(申請公布號：CN 101782517 A)公開了一種采用固定波長激光和波長可協調激光的雙激光光源激光探針微區成分分析儀，其基本原理是利用激光誘導熒光輔助激光誘導擊穿光譜技術(laser-induced breakdown spectroscopy assisted with laser-induced fluorescence，LIBS-LIF)與等離子體空間約束技術相結合實現等離子體發射信號強度增強。由于該技術是利用固定波長激光直接對樣品進行激發產生等離子體，并用波長可調諧激光直接對此等離子體進行二次激發，同時用空間約束機構對等離子體進行運動控制，實現光譜信號增強、探測極限降低及分析精度改善。如上可見，該文獻并未進行樣品基體的轉換，從而實現分析樣品基體的統一，難以克服由于不同樣品基體的物化性質差異導致所激發等離子體的特性差異(基體效應)，如激發物質的量、等離子體溫度和電子數密度等，這些因素都將影響分析結果的精準度。

中國專利文獻《一種基于氣霧化與共振激發的激光探針分析儀》(公開號為CN 103712962 A)公開一種采用氣霧化與共振激發相結合分析溶液成分的激光探針分析儀，其采用霧化器將溶液霧化產生氣溶膠，用Nd:YAG激光對氣溶膠激發產生等離子體，再用波長可調諧激光聚焦在等離子體上，對待分析元素進行共振激發，可實習對待分析元素特征譜線的增強，大幅改善分析靈敏度。但該裝置仍存在以下問題：(1)只適用于液體樣品分析，無法實現固體樣品分析；(2)采用LIBS-LIF雖然可大幅提高譜線強度和分析靈敏度，但并未針對影響LIBS定量分析嚴重基體效應和光譜干擾問題提出解決方案。

中國專利文獻《基于光纖激光器的便攜式激光探針成分分析儀》(公開號為CN 103743710 A)公開了一種以光纖激光器為等離子體激發源的便攜式LIBS分析儀。該發明可降低LIBS儀器成本和體積，但直接用高重頻光纖激光作為等離子體激發源，難以進行采集延時控制，強烈的光譜連續背景導致檢測靈敏度較低，而且同樣無法解決基體效應和光譜干擾問題。

發明內容

本發明提供一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測方法及裝置，目的在于改善常規LIBS面臨的基體效應和光譜干擾問題。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測方法，其特征在于，該方法采用一束波長固定的光纖激光燒蝕待檢測的固體樣品，使其熔融、濺射和蒸發，產生持續的氣溶膠，將氣溶膠轉移到一個新的空間位置后，再使用波長可調諧激光對氣溶膠進行等離子體激發，即利用脈沖前沿輻照氣溶膠產生低密度蒸汽，用其脈沖后沿與蒸汽羽進行共振電離產生等離子體，可消除基體效應的影響，將波長調諧至與被分析元素特征譜線對應的共振激發波長一致，對目標元素特征譜線單獨增強，從而降低譜線干擾，再對等離子體發射光進行采集分析，得到待分析元素含量。

本發明還提供了一種激光燒蝕輔助共振激光誘導擊穿光譜檢測裝置，該裝置包括激光燒蝕、共振激發、光譜采集和系統控制四個部分；

激光燒蝕部分包括光纖激光器、第一反射鏡、第一聚焦鏡、旋轉位移臺和取樣組件；光纖激光器、第一反射鏡和第一聚焦鏡依次位于同一光路上，旋轉位移臺用于放置待檢測物質，所述取樣組件用于收集氣溶膠并提供給共振激發部分進行等離子體激發；