[发明专利]液体样品超声波雾化辅助击穿光谱检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明属于现场化学成分检测分析技术领域。具体来说是利用超声波雾化手段辅助击穿等离子体光谱检测方法，从而实现对液体样品化学成分进行检测的技术。该技术可以用于海洋、湖泊或河流的现场矿产资源或水污染的检测，也可以应用于各类工厂所排放污水的重金属成分监测，也可以应用于食品药品的检验等领域。

背景技术

通过击穿产样品产生等离子体，在等离子体冷却复合的过程中检测其发射光谱，从而进行样品成分检测分析的技术，称为击穿光谱技术。与其他成分检测分析技术相比，击穿光谱技术以其无需样品预处理以及快速、实时、微损等特点，得到了广泛的关注。该技术可根据击穿过程产生的等离子体发射出来的原子发射光谱及谱线强度来进行定性或半定量的成分分析。将这种技术应用到液体样品的成分分析技术也具有较好前景，可预见该技术能够在水资源的重金属污染，矿产资源勘探，药剂饮品生产检验和工矿企业排放污水监测等各个领域发挥作用。

根据诱导击穿的方式不同，击穿光谱技术可以分为激光诱导击穿光谱(Laser inducedbreakdown spectroscopy，LIBS)技术和电火花诱导击穿光谱(Spark induced breakdownspectroscopy，SIBS)技术。在针对固体和气体样品的检测领域中，上述技术已经得到了较好的发展，有一些技术也已经转化为较为成熟的产品，得到了市场的认可。在进行液体样品的成分检测时，由于液体本身电导率较高，导致了电火花诱导击穿光谱技术本身无法发展。而对于激光诱导击穿光谱技术，许多研究表明液体内部压力等因素会缩短等离子体的寿命，从而影响检测的灵敏度；而激光脉冲进入液体后到击穿之前的透射、散射及吸收等因素的影响，使其在液体中的烧蚀效率较低，这就要求所提供的击穿能量密度较高。虽然，双脉冲激光诱导击穿光谱技术在一定程度上能够解决上述问题，但是其需要使用一个双脉冲激光器或两个脉冲激光器，相对成本较高，而且其操作过程相对较为复杂。在这样一个前提下，就非常需要一种能够增加等离子体寿命，降低烧蚀阈值的，同时最好能够适当控制成本的针对液体样品的光谱检测技术。若是该技术同时还能够适合电火花诱导击穿技术，那将进一步的降低液体样品击穿光谱检测的成本。

发明内容

本发明将超声波雾化技术引入到击穿等离子光谱检测技术中来，使液体样品的等离子光谱的寿命增加，同时可以提高检测的灵敏度。

在对液体成分进行击穿产生等离子体的时候，由于受到液体内部压力的影响，等离子体寿命大大缩短，同时液体样品的烧蚀效率也要低于固体样品。这些因素都使得激光诱导击穿光谱技术针对水的样品的检测受到了很大的限制。而由于液体电导率较高，电火花诱导击穿光谱技术则根本无法发展。本发明将超声波雾化技术引入到光谱分析领域，使用超声波换能器将液体样品雾化成数百微米量级的小液滴。由于液滴自身体积小，当其处于空气环境当中进行击穿时，烧蚀效率就会得到提高。而被烧蚀击穿的而膨胀的过程也是在空气中进行，所受到的环境压力要远远小于在液体环境中所受到的压力，所以等离子体的寿命也能够得到延长，等离子体寿命的延长，有利于将原子发射光谱从连续辐射和韧致辐射等噪声光谱中进行分离。

本发明的检测分析装置可以分为超声波雾化装置，进排气系统，诱导击穿装置和光谱采集装置四个部分。超声波雾化装置采用超声波换能器，在液体表面产生某一频率和功率的高频振动，从而在液体表面上方的空气中产生小液滴。可以根据所需检测的液体样品的粘滞系数不同，在1M Hz到10M Hz范围内选择振荡频率，振动功率也可以根据需要进行调节，从而达到最佳雾化效果。进排气系统，利用空气动力学的原理将雾气送入击穿烧蚀位置，以确保击穿等离子体成分能够表征液体成分。同时，进排气系统也将雾气排入废气处理装置，防止造成空气环境污染。诱导击穿装置，采用脉冲激光器或高压放电装置诱导击穿过程，产生等离子体。光谱采集装置，利用光学透镜收集击穿后产生的等离子体发出的光信号，使用采用光谱仪分光，光电传感器配合ICCD探测器采集时间分辨光谱数据。

附图说明

下面将结合附图对本发明做进一步说明。