[发明专利]多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置。

背景技术

工农业产品或环境中重金属元素(如铅、汞、镉、铬、铜、锰……)已严重影响人类的身体健康，少量的铅、汞、镉或铬即可引起急性中毒。医学证明，口服2-3克的铅可致中毒，50克可致死。而微量的重金属如果在体内长期积累，亦可引起慢性中毒，导致器官功能衰退和免疫系统紊乱。所以，欧盟早就所有电子类产品中的铅、铬、镉和汞四种重金属元素的浓度做出了规定，即ROHS标准，其中规定铅、汞和正六价铬浓度不得超过1000ppm，镉浓度不得超过100ppm。

目前用于定量检测微量重金属的技术手段主要有X射线荧光分析法，原子吸收光谱技术和电感耦合等离子体原子发射光谱技术。其中X射线荧光分析法可以实现快速检测，但是其灵敏度较低；原子吸收光谱技术和电感耦合等离子体原子发射光谱技术的检测精度高、稳定性好，但是由于设备昂贵，样品前处理费时，一般需要数天，难以大量应用。

激光诱导击穿光谱技术是一种新型的光谱检测手段，它广泛应用于环境污染监测、工业产品检测、食品质量检测和考古分析等领域中，例如对土壤、水体、合金、水果蔬菜、颜料、古董文物等进行元素分析。它具有简单快速、无需样品预处理、对样品损伤小和适应范围广、便于远程操控等优点，特别是其无需样品前处理的特点具有很大的优势。

激光诱导击穿光谱技术的原理：激光诱导击穿光谱作为一种检测技术，其原理是将脉冲激光聚焦到样品表面，样品中的原子由于吸收光子能量和电子原子碰撞的效应，产生了“击穿”效应而形成高温等离子体，这个过程中部分原子或离子跃迁到高能量态；当激光脉冲结束之后，等离子体迅速冷却，此时处于高能量态的原子或离子由于跃迁回到基态而辐射出特征光谱。通过研究这个光谱可以对样品中所含的元素进行定性或定量分析。

激光诱导击穿光谱的原子辐射光是非常微弱的，经过光栅或棱镜分光之后展开的光谱无法使用普通的透镜来采集，因为其灵敏度不够。目前国内外采集激光诱导击穿光谱主要使用两种手段：第一，使用多通道倍增成像仪来采集光谱，这样就能够一次性将整个光谱采集下来，实现多元素一次性检测，但缺点是多通道倍增成像仪价格昂贵，而且需要配备相关的液氮制冷系统，对于一般实验室或生产机构难以承担；第二，使用光电倍增管单通道采集，这种方法必须在光栅分光光谱的出射端加一个狭缝(即成为单色仪)，每次只能采集一个波长的光强，而要把检测多个元素的话，则需要转动光栅以改变输出波长，所以无法实现多元素同时采集。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置。本发明可以对至少两种元素进行检测，检测速度快，且检测装置的成本低。

本发明的技术方案如下：

一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，包括激光器、样品放置位、光传输元件、单色仪及信号处理装置，激光器朝向样品放置位，在单色仪上设有入射狭缝及出射狭缝，在出射狭缝处设有光电转换元件，光电转换元件与信号处理装置电气连接；设于所述单色仪末端的所述出射狭缝为至少两个，在该至少两个出射狭缝处均设有所述光电转换元件，各光电转换元件均与所述信号处理装置电气连接。

所述光电转换元件为光电倍增管。

在所述激光器与所述样品放置位之间设有凸透镜，所述光传输元件为光纤。

所述样品放置位为二维移动平台，即样品放置台可以产生轻微移动，避免由于激光照射过久而形成孔洞，进而影响等离子体的射出。

所述分色仪还包括第一凹透镜、第二凹透镜、反色镜及光栅，从入射狭缝射入的光线依次经反射镜、第一凹透镜、光栅及第二凹透镜后，再经所述出射狭缝传出。

所述信号处理装置包括模数采集模块及计算机，模数采集模块与计算机电气连接，所述两个光电转换元件与模数采集模块电气连接。

所述出射狭缝及光电倍增管均为四个。

在所述样品放置位旁侧还设有光电式开关，该光电式开关与所述信号处理装置电气连接。当激光器将激光照射到样品时，光电式开关给模数采集模块发出一个同步信号，以使模数采集模块与激光器同步。

采用本发明所述检测装置后，所用的检测方法包括如下步骤：

A、激光器输出激光经凸透镜聚焦后照射到样品上，样品内元素分解的同时向外发射光线；

B、从样品传出的发射光线经光纤传入单色仪的入射狭缝，再依次经过反射镜反射、第一凹透镜将发射光线准则为平行光，平行光经光栅偏振，再由第二凹透镜聚焦，聚焦的光线分别射入四个出射狭缝内；