[发明专利]一种激光检测固体材料成分的装置及方法

说明书

一种激光检测固体材料成分的装置及方法，属于光谱分析检测设备及方法技术领域，用于现场快速检测固体材料的成分。其技术方案是：它的前置光路单元连接在激光器的前端，前置光路单元的前方与抽拉式样品仓相对，前置光路单元封装在右封装套筒内，抽拉式样品仓封装在左封装套筒内，激光器、右封装套筒、左封装套筒、抽拉式样品仓依次通过法兰相连接，光纤的两端分别与前置光路单元和光谱仪相连接，真空泵与左封装套筒侧壁上的气体管路相连接。本发明相比于其他检测手段，解决了耗时长、精度低等问题，实现了炉渣、废钢等固体材料成分的现场快速检测和分析，尤其可实现C、P、S元素成分的准确测定，对于提高产品质量、提高生产效率起到了显著作用。

技术领域

本发明涉及一种激光诱导击穿光谱快速检测固体材料成分的装置及方法，属于光谱分析检测设备及方法技术领域。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术（laser-Induced break down spectroscopy，LIBS）是发出高能量的脉冲激光与样品作用产生等离子体，通过采集和探测离子体信号，获得相应的光谱信息，进而进行相应的数据处理和分析，即可得到测量样品中各元素的成分。由于LIBS技术是基于原子发射光谱学的物质成分和浓度分析技术，具有无需制样、分析时间短、实时性强、无损、快检、非接触测量、对待测样品形态规格无要求、全谱段测量等优点，被广泛应用于钢铁冶金、生物医药、环境监测等领域。尤其在钢铁冶金领域，炼钢过程钢中的化学成分直接影响了成品钢材的质量和性能，为实现炼钢系统的自动化控制，提高炼钢控制水平和钢水质量，需要对钢铁成分快速检测分析，因此小型化快速简便测试系统的开发和应用得到广泛关注，其高效简便的测试手段和设备开发成为行业前沿热点。

目前，在炉渣等固体材料成分检测方面主要有直读光谱法、X射线荧光光谱法、CS化学分析法、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、气相色谱分析法、质谱法（ICP-MS）等技术，这些技术虽然能够检测炉渣、废钢等固体材料组分，但是其过程需经历制样、研磨等过程，整个实验流程较长，成本较高，并且需要专门的技术人员进行操作。利用LIBS技术无需对试样进行加工，分析速度快，操作简单，能够做到全元素全谱检测，但是，目前利用LIBS技术测炉渣、废钢等固体材料成分主要应用于实验室阶段，尚未在工业设备化方面有突破性研究，如多重光路集成安装问题、检测环境及实验条件一致性问题等许多技术问题亟于解决。在冶金行业钢铁成分检测方面，LIBS设备应用已有很多研究，但是目前对于C、P、S三种元素检测来看，目前国内外成型LIBS设备基本不能完成这三大元素成分的准确检测（其中小型化设备激光功率不够，光路紧凑未配置真空、充气环境）。但对于钢铁行业而言，C、P、S三大元素对于钢种鉴别、品质判定等都有至关重要作用，因此研制利用LIBS设备对全元素检测，特别是针对C、P、S三大主要元素成分进行准确检测具有十分现实的重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种激光检测固体材料成分的装置和方法，这种检测装置和方法能够解决目前LIBS技术难以进行工业化现场应用及推广的难题，实现了炉渣、废钢等固体材料成分的现场快速检测，尤其可实现C、P、S三大难测元素的准确测定。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种激光检测固体材料成分的装置，它包括激光器、前置光路单元、右封装套筒、左封装套筒、抽拉式样品仓、真空泵、真空计、光纤和光谱仪，前置光路单元连接在激光器的前端，前置光路单元的前方与抽拉式样品仓相对，前置光路单元封装在右封装套筒内，抽拉式样品仓封装在左封装套筒内，右封装套筒的一端与激光器通过法兰相连接，右封装套筒的另一端与左封装套筒的一端通过法兰相连接，左封装套筒的另一端与抽拉式样品仓由法兰相连接，前置光路单元与光纤的一端相连接，光纤的另一端穿过右封装套筒上的光纤导出孔与光谱仪相连接，真空泵与左封装套筒侧壁上的气体管路相连接，真空计安装在气体管路上。