[实用新型]火花诱导解离光谱系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种对气体、液体和固体材料的化学成分的定性和定量分析系统，具体为一种火花诱导解离光谱仪系统(Spark-Induced Breakdown Spectrometer，简称SIBS系统)。属于光谱分析领域。

背景技术

SIBS是一种发射光谱分析技术。已经有研究人员将它用于环境监测的现场分析，例如，土壤和空气中铅含量的检测。

SIBS技术原理简述如下。

在导电体做成的两只电极之间，保持适当的距离，在两只电极上加载足够的电压，便可以在两只电极之间形成电火花。当切断电源之后，该电火花就会熄灭。在熄灭的过程中，电火花区域的温度迅速下降，如果电火花区域的温度足够高，电火花区域的等离子体就会发射出特征谱线。如果使用光谱仪采集电火花熄灭过程中发射的特征谱线，就会得到相应的光谱，再进一步可以对光谱数据进行定性和定量分析。

现有的SIBS技术，主要是在实验室内实现。Hunter等人，在研究论文中对SIBS的原理和系统构建做了比较详细的描述。依据Hunter等人的论述以及本实用新型设计人的研究工作，我们将SIBS技术中最关键的因素概括如下。

1、电极材料。原则上使用任何导电材料都可以。材料的耐腐蚀性、放电性质都会对光谱数据产生影响。如果被测材料是金属，通常会使用被测金属作为一只电极，一般是阴极。

2、放电气氛。分析气体材料时，一般在封闭的石英管中放电，也可以使用氩气或者氦气作为载气。液体可以使用干燥气溶胶发生器，在封闭的石英管中放电，一般利用氩气或者氦气作为载气。分析固体时，可以直接在空气中放电，也可以使用氩气或者氦气作为保护气体。

3、电极距离。通常5～6mm，可以根据需要调整。放电距离同时受到放电气氛和电源电压的影响。

4、电源。常用的SIBS放电过程，基本上可以认为是由一个高频高压引发放电，然后，由较低的电压维持的一个电弧放电。因此，要求电源也具备高频高压输出和大功率的电弧放电电路。电弧放电的电路可以是直流，也可以是交流。如果使用传统拉弧方式，依靠电极的运动来产生所需要的电弧，则可以省略高频高压部分。

5、光信号收集和分光系统。一般使用光纤和光谱仪。为了提高效率也可以在光纤前部添加一个物镜。光谱仪一般使用CCD或者CMOS作为接收器件，以实现快速触发。

6、控制器。控制器可以产生标准TTL脉冲，或者其他控制脉冲信号，用于控制电源和光谱仪的工作。特别是，对光谱仪采样的窗口时间，作精确控制。

Hunter等人在文献中，将整个SIBS分析系统分为两大部分。第一个部分为样品分析界面，针对固体、气体、液体样品，他们设计了不同的样品分析界面。这部分主要包括电极、光纤、样品托盘或样品室等。

第二个部分是监测系统，包括计算机、进样系统、电源、光谱探测系统、控制器。SIBS的监测系统涉及的技术基本都是普通的技术。计算机可以使用普通PC。控制器可以使用普通的可编程的数字脉冲发生器或者函数发生器。SIBS电源可以使用传统火花光谱仪的电源。光谱探测系统可以使用CCD或者CMOS光谱仪。配合液体样品使用的干燥气溶胶发生器，也属于常见的仪器设备。气体的进样，可以直接引入。

监测系统可以连接不同的样品分析界面，以实现对不同形态的样品的分析。在文献中，Hunter等人以图示结合文字说明的方式，给出一种用于分析气体悬浮物的面包板SIBS系统结构、一种用于分析空气中铅含量的SIBS监测系统的原型结构、以及一种用于测量土壤的样品分析界面结构。另外还给出一种与SIBS联用的Berglund-Liu式干燥气溶胶发生器的结构。

Hunter等人的SIBS系统总的缺点是体积比较庞大，包括样品分析界面和监测系统。

因而有必要设计一种简单便携、易于切换的样品分析界面。

参考文献：Miziolek，Andrzej W.，et al，Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS)Fundamentals and Applications，p585-614，Cambridge University Press，2006，Cambridge，UK

实用新型内容

本实用新型提供了一种火花诱导解离光谱仪系统，其特点在于具有简单便携、易于切换的样品分析界面。

本实用新型的技术方案概述如下：