[发明专利]一种液体中元素激光光谱分析装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用激光诱导击穿光谱技术开展溶液中的元素定量分析技术领域，尤其是涉及一种液体中元素激光光谱分析装置及方法。

背景技术

快速检测分析溶液中的元素及其含量对于环境监测、水污染的治理、盐湖资源开发，海洋资源勘探具有重要的意义。目前，常用的分析方法主要有：火花直读发射光谱法、原子吸收光谱法(AAS)、X射线荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子体(ICP)光谱、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、无机质谱仪、有机质谱仪、化学比色法和电化学分析方法等。

尽管这些传统方法具有较高的准确度和灵敏度，但是，这些方法大多需要将样品带回实验室检测分析，有些还需要对样品进行复杂的预处理后才可以分析，对样品形态、所分析元素种类等都具有较大限制，且检测过程和结果分析耗时较长，这使得检测的时效性不强，难以满足水体污染实时监测、大范围海洋与盐湖中矿物资源勘探等方面的应用需求。

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是利用强激光聚焦于样品表面形成等离子体，通过测量等离子体发射光谱中的特征谱线来分析样品中元素成分的分析手段。该方法已经在金属等固体样品中的痕量元素的定性、定量分析应用研究方面取得了不错的效果。与传统分析方法相比，LIBS技术最大的特点是几乎不需要制备，对样品破坏小、灵敏度高等特点，并且由于该分析方法仅有光束与目标靶材的接触，因而可实现多元素、原位分析。

液体样品中的元素分析是LIBS技术的一个重要应用目标。通常，利用LIBS技术进行液体样品分析，采用脉冲激光直接聚焦于容器中液面附，将液体击穿产生等离子体，进而收集等离子体光谱。这种测量方式尽管非常简单，但是由于等离子体产生过程中产生的冲击波会造成液面溅射，激光聚焦透镜会被快速污染进而导致激光能量大幅衰减，难以持续测量。另一方面，由于等离子体冲击波会导致液面大幅振动，使得作用在液体上的激光功率密度有很大的变化，从而导致测量结果重复性差，误差大，这也限制了LIBS的探测极限。近些年研究中，国际上主要研究机构试图通过降低激光重复频率、将液体快速固化、滤纸吸附、液体喷流方法等方法提高LIBS技术对液体中元素的分析能力。但是，这些方法均以降低LIBS技术分析效率或者增加样品前处理过程等为代价，削弱了LIBS技术快速、原位分析的优势，并且效果也不尽理想。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的缺陷而提供一种液体中元素激光光谱分析装置及方法，有效解决了现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的一种液体中元素激光光谱分析装置，其特征是包括导光支撑笼，导光支撑笼下部设置有支撑底座，导光支撑笼上端内部设置有激光聚焦透镜，激光聚焦透镜上方对应设置有单点激光反射镜，激光聚焦透镜下方对应设置有中心带孔挡板，中心带孔挡板下方对应设置有金属毛细管，中心带孔挡板与金属毛细管之间的导光支撑笼一侧设置有等离子光谱收集预留窗口，等离子光谱收集预留窗口内还设置有光谱收集透镜组，金属毛细管与蠕动泵相连，蠕动泵通过硅胶管和导光支撑笼一侧设置的样品池相连；导光支撑笼上端部设置有工业CCD相机，脉冲激光源的激光束通过激光反射镜进入导光支撑笼，工业CCD相机和脉冲激光源与数字延迟发生器相连，光谱仪与数字延迟发生器相连，光谱仪通过光纤接等离子光谱收集预留窗口引出端。

所述的金属毛细管穿过导光支撑笼设置，激光靶点设置在导光支撑笼轴线和等离子光谱收集预留窗口轴线交叉的中心位置，以保证激光烧蚀产生的等离子体羽发射光谱高效的被收集到光纤中。

所述的金属毛细管以相对支撑笼轴线小于45度的角度嵌装在导光支撑笼上，所述的中心带孔挡板的中心孔直径小于5mm；所述的光谱仪、脉冲激光源和工业CCD均由数字延迟发生器触发控制，保证精确同步或者调解延迟时间，所述的工业CCD相机放置在导光支撑笼轴线上，用于监控激光靶点位置。

所述的数字延迟发生器的信号输出端通过电缆线分别与脉冲激光源、光谱仪和工业CCD相机连接，通过数字延迟发生器延迟时间调节精确控制激光脉冲与光谱仪采集之间的延迟时间。就可以进一步优化光谱测量信噪比，提高元素探测灵敏度。