[发明专利]一种气溶胶中金属元素的检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学元素检测装置，更具体地涉及一种气溶胶中金属元素的检测装置。

背景技术

气溶胶通常是指由固体或液体小颗粒分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系。气溶胶形成的原因多种多种，气溶胶的宏观表现形式通常包括：由小液滴形成的雾、由固体小颗粒形成的烟、天空中的云、采矿尘埃、工业烟气以及汽车尾气等，尤其是在核工业中，核爆会产生大量的放射性气溶胶，在核燃料生产、运输、加工以及乏燃料的后处理等过程中，也会产生少量的放射性气溶胶，这些气溶胶中往往伴随有其它重金属元素和有毒元素，如铍(Be)等。大气污染源之一的雾霾里面既有液体也有固体。气溶胶中的固体或液体小颗粒与气体介质的密度不固定，不同条件和环境中形成的气溶胶差别很大，其中的元素种类和含量也显著不同。气溶胶中固体颗粒的形态也多种多样，颗粒的粒径大小一般介于0.001微米到100微米之间。因此，研究和了解气溶胶中金属元素的种类和含量对调查污染的起因、空气净化、安全防护、以及环境保护等方面具有非常重要的意义。

现有技术中常用的检测方法是通过将气溶胶中的重金属元素富集到滤膜上，然后把滤膜带到实验室，再进行硝解溶解，用ICP-MS(Inductively coupled plasma mass spectrometry)或ICP-AES(Inductively coupled plasma atomic emission spectrometer)等检测技术进行检测，但这些检测技术的检测过程耗费时间长，检测速度慢。

激光诱导击穿光谱技术(laser induce breakdown spectroscopy，简称LIBS技术)是近几十年兴起的一种新型原子发射光谱分析技术。脉冲激光经过透镜聚焦于气溶胶样品上，当脉冲激光的脉冲能量密度大于击穿门槛能量时，气溶胶样品内原子和分子激发或离子化形成等离子体。等离子体冷却过程中，部分能量以光的形式辐射出来，其频率和强度分布分别包含了气溶胶样品中金属元素的种类和浓度信息。由于LIBS技术在检测时不需要样品准备和预处理，因此LIBS技术具有检测快速以及非接触即可测量的优点，因此，可以在一定的距离范围内使用该技术对气溶胶样品中金属元素的种类和浓度信息进行远距离实时、在线检测。

化学元素种类和含量的在线、自动、实时检测在许多工业生产或者行业检测中具有广泛的应用前景，特别是在高温、有毒、或放射性环境条件下，人工检测会对操作人员造成人身损害，常规检测分析仪器无法胜任。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术，以其快速响应，无需样品制备等特点，使其应用于化学元素的在线检测成为可能。LIBS技术本身已经日趋成熟。但是，如何应用该技术进行气溶胶中含义反射性元素以及有毒金属元素的检测，目前，并没有相关的设计和商业产品。

发明内容

本发明的目的是提供一种气溶胶中金属元素的检测装置，从而解决现有技术中在检测含义放射性元素以及有毒金属元素的气溶胶时效率低下的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种气溶胶中金属元素的检测装置，所述检测装置包括：激光发射单元，所述激光发射单元具有激光头；样品容置单元；探测单元，所述探测单元包括一激光反射镜、一激光聚焦透镜、一反射光聚焦透镜以及一光纤准直镜，所述激光发射单元的所述激光头与所述激光反射镜的中心位于同一第一直线上，所述激光反射镜、所述激光聚焦透镜以及所述样品容置单元的中心处于同一第二直线上，所述样品容置单元的中心与所述反射光聚焦透镜、所述光纤准直镜的中心位于同一第三水平线上，所述第一直线与所述第二直线垂直，所述第二直线与所述第三直线垂直；分析单元，所述分析单元与所述光纤准直镜连接；以及电源，所述电源分别与所述激光发射单元、所述分析单元电连接。

根据本发明的一个实施例，所述样品容置单元为四通球形石英样品仓，所述四通球形石英样品仓具有相对布置的第一开口、第二开口、第三开口以及第四开口，其中，第一开口以及第四开口处通过石英窗密封，所述石英窗的中心位于所述第二直线上。

根据本发明的一个实施例，所述四通球形石英样品仓的第四开口处形成为凹槽，所述凹槽内容置激光消光液。

根据本发明的一个实施例，所述检测装置进一步包括抽气泵，所述抽气泵具有进气口与排气口，其中，所述进气口与所述第三开口密封连接。

根据本发明的一个实施例，所述检测装置进一步包括外壳，所述外壳内容置所述激光发射单元、所述样品容置单元、所述探测单元、所述分析单元以及所述电源。