[发明专利]一种LIBS‑Raman联合的水下原位探测装置及探测方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋探测领域，涉及一种激光诱导击穿光谱和激光拉曼光谱(LIBS-Raman)联合的水下原位探测装置及探测方法。

背景技术

随着海洋技术的不断发展，海洋资源的探测与海洋环境的监测越来越受到关注，尤其是新型搭载平台的出现，对能够进行长期、实时、原位探测的化学传感器提出了需求。在对海洋资源探测与海洋环境监测的过程中，传统的技术手段往往程序较复杂，通常需要预处理样品，而样品预处理需要耗费大量时间，因此难以实现快速、在线实时原位测量。近年来兴起的基于光谱技术的传感器，如激光诱导击穿光谱、激光拉曼光谱、激光诱导击穿光谱/激光拉曼光谱联合探测等，可对水中的多种化学成分进行分析测量。使用激光诱导击穿光谱/激光拉曼光谱联合探测技术可同时对水下金属阳离子和阴离子进行探测，但是通常激光诱导击穿光谱和激光拉曼光谱采用不同的激光器，设备体积大，使用不方便。

因此现在急需提供一种可同时探测多成分的方法及一套小型化的探测装置。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种激光诱导击穿光谱和激光拉曼光谱(LIBS-Raman)联合的水下原位探测装置及探测方法，将激光诱导击穿光谱与激光拉曼光谱两种探测手段集成于一个密封舱中，可同时完成对水下金属阳离子和酸根阴离子的探测。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种LIBS-Raman联合的水下原位探测装置，包括工作舱本体，该装置将激光诱导击穿光谱和激光拉曼光谱集合于同一个密封舱，工作舱本体前端设置LIBS聚焦视窗、Raman聚焦视窗，工作舱本体内设有单脉冲全固态激光器、LIBS-Raman前置光路、LIBS光谱仪、Raman光谱仪和电子控制模块，所述LIBS聚焦视窗和Raman聚焦视窗与LIBS-Raman前置光路相对应，单脉冲全固态激光器作为激发光源，通过LIBS-Raman前置光路聚焦于水下并完成相应信号的收集，之后信号进入LIBS光谱仪或Raman光谱仪进行探测，激光诱导击穿光谱LIBS和激光拉曼光谱Raman均采用单脉冲全固态激光器作为激发光源，所述电子控制模块与单脉冲全固态激光器、LIBS-Raman前置光路、LIBS光谱仪和Raman光谱仪之间电连接。

所述电子控制模块包括供电模块、控制模块和通讯模块，供电模块、控制模块和通讯模块之间电连接。

所述单脉冲全固态激光器发射的基频光的波长为1064nm，经二倍频晶体后基频光部分转变成532nm激光用于激光拉曼光谱探测。

所述LIBS-Raman前置光路包括共同的二倍频晶体和谐波分束镜，谐波分束镜位于二倍频晶体的后方，谐波分束镜与二倍频晶体之间的夹角为45°。

其中，LIBS前置光路还包括：

透过谐波分束镜的1064nm激光依次经过第一长波通二向色镜和第一会聚和收集透镜，第一长波通二向色镜与谐波分束镜平行，激光经过第一会聚和收集透镜后聚焦于水中，产生的信号光经过第一会聚和收集透镜到达第一长波通二向色镜反射至宽带介质膜反射镜，宽带介质膜反射镜反射的信号光的方向上设有第一光纤耦合透镜，第一光纤耦合透镜将光线会聚后进入LIBS信号传输光纤，之后导入LIBS光谱仪，实现LIBS信号的探测；

Raman前置光路还包括：

在谐波分束镜反射532nm激光的方向上设有与谐波分束镜平行的第二长波通二向色镜，第二长波通二向色镜反射激光的方向上设有第二会聚和收集透镜，第二会聚和收集透镜将第二长波通二向色镜反射的光聚焦到待测水体中，拉曼信号和水体的瑞利散射由第二会聚和收集透镜收集，然后依次经过第二长波通二向色镜、高通滤波片、第二光纤耦合透镜，最后耦合到Raman信号传输光纤，导入Raman光谱仪，实现Raman信号的探测。

所述谐波分束镜为Nd:YAG谐波分束镜。

所述LIBS光谱仪的光谱范围为200～800nm，光谱分辨率0.7nm。所述Raman光谱仪的光谱范围0-4500cm^-1，光谱分辨率10cm^-1。

所述一种LIBS-Raman联合的水下原位探测方法，具体步骤如下：

打开LIBS-Raman联合的水下原位探测装置开关，将单脉冲全固态激光器选择为外触发模式，通过控制程序将密封舱内的单脉冲全固态激光器打开并始终保持其正常工作，单脉冲全固态激光器发射触发信号，在产生触发信号后延时t1发射激光脉冲，通过LIBS-Raman前置光路聚焦于水下并完成相应信号的收集；