[发明专利]高灵敏度的土壤重金属元素探测装置与探测方法

摘要

本发明涉及高灵敏度的土壤重金属元素探测装置与探测方法，该装置包括：飞秒激光器、第一能量衰减系统、第一聚焦透镜、纳秒激光器、第二能量衰减系统、爬高系统、第二聚焦透镜、二维平移台、第三聚焦透镜、衰减片、光纤探头、光谱仪、延时系统；飞秒激光器输出的飞秒脉冲激光经过第一能量衰减系统、第一聚焦透镜聚焦后，在空气中形成一段等离子体细丝，等离子体细丝作用于土壤靶材表面，土壤靶材产生的等离子体经过膨胀和空气环境冷却过程，形成局域土壤颗粒源；纳秒激光器输出的纳秒脉冲激光经过第二能量衰减系统、爬高系统、第二聚焦透镜聚焦后，对等离子体细丝灼烧产生的土壤颗粒源进行再烧蚀，该探测装置灵敏度和精度高。

主权项

1.一种高灵敏度的土壤重金属元素探测装置，其特征在于，包括：飞秒激光器、第一能量衰减系统、第一聚焦透镜、纳秒激光器、第二能量衰减系统、爬高系统、第二聚焦透镜、二维平移台、第三聚焦透镜、衰减片、光纤探头、光谱仪、延时系统；其中，所述飞秒激光器，用于输出飞秒脉冲激光，其输出的飞秒脉冲激光经过第一能量衰减系统、第一聚焦透镜聚焦后，在空气中形成一段等离子体细丝，等离子体细丝作用于土壤靶材表面，土壤靶材产生的等离子体经过膨胀和空气环境冷却过程，形成局域土壤颗粒源；所述第一能量衰减系统设置在飞秒激光器的一侧，用于对飞秒激光器的能量进行调节，保证每次实验飞秒激光烧蚀能量固定；所述第一聚焦透镜设置在二维平移台的上方，且安装在一维平移台上，第一聚焦透镜至土壤靶材表面的距离范围为400—600mm，通过一维平移台对第一聚焦透镜位置进行调整，得到不同位置处细丝烧蚀靶材等离子体辐射空间演化，进而找到细丝烧蚀靶材最强位置；所述纳秒激光器，用于输出纳秒脉冲激光，其输出的纳秒脉冲激光经过第二能量衰减系统、爬高系统、第二聚焦透镜聚焦后，对等离子体细丝灼烧产生的土壤颗粒源进行再烧蚀，产生高电子温度、低电子密度的等离子体；其中，电子温度变化范围为5800—7394K，电子密度变化范围为0.83‑0.92×1016cm‑3；所述第二能量衰减系统设置在纳秒激光器的一侧，用于对纳秒激光器的能量进行调节，使纳秒脉冲激光烧蚀土壤颗粒源能量保持固定；所述爬高系统，用于将纳秒脉冲激光垂直入射到第二聚焦透镜上；所述第二聚焦透镜设置在二维平移台的一侧，经第二聚焦透镜聚焦后的纳秒脉冲激光与飞秒激光器在空气中形成的等离子体细丝正交，且保证纳秒脉冲激光始终灼烧局域土壤颗粒源；所述二维平移台用于放置土壤靶材，二维平移台通过自身调整，保证等离子体细丝最强位置处灼烧土壤靶材表面，且作用于土壤靶材表面新的位置；所述第三聚焦透镜设置在二维平移台的一侧，用于将土壤颗粒源产生的等离子体光谱信号1:1成像，并通过衰减片将光谱聚焦耦合进光纤探头；所述衰减片设置在第三聚焦透镜的一侧，用于对光谱强度进行衰减，防止光谱仪收集信号饱和；所述光纤探头设置在衰减片的一侧，其与光谱仪连接；所述光谱仪，用于通过光纤探头对土壤颗粒源烧蚀产生的等离子体辐射光谱信号进行采集，分光选择不同波段；所述延时系统与飞秒激光器、纳秒激光器和光谱仪连接，用于控制飞秒激光器、纳秒激光器和光谱仪触发信号；飞秒脉冲激光烧蚀土壤产生局域土壤颗粒源，在1—50μs延时下，利用纳秒脉冲激光进行再烧蚀；同时触发光谱仪的采集信号，光谱仪通过光纤探头对土壤颗粒源烧蚀产生的等离子体辐射光谱信号进行收集。