[发明专利]双通道共振增强激光诱导击穿光谱痕量元素分析仪及方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用原子光谱学、应用激光光谱学和原子光谱分析技术领域，特别涉及一种双通道共振增强激光诱导击穿光谱痕量元素分析仪及方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是一种新型的原子光谱分析技术，它利用聚焦的强脉冲激光将待测样品直接激发成等离子体而发光，通过分析等离子体中原子或离子光谱来实现对样品的元素分析。由于无需复杂的样品准备过程，LIBS具有快速和多元素同时分析的特点，并能够实现野外、实时在线以及恶劣环境下的远距离测量，因而受到极大的关注，被广泛地应用于各种不同场合的元素分析。

LIBS的检测限，也就是它能够分析出的元素的最低浓度，是一个很重要的技术指标，在用于痕量元素分析时，其检测限越低越好，为此需要采取不同的手段来降低LIBS的检测限，也就是提高LIBS系统的分析灵敏度。在现实生活中的很多领域，都需要对某些有害物质作痕量元素的分析，比如对环境样品(包括土壤，水以及大气)、中草药、食品、各种日用品中的有害重金属元素(As、Hg、Cd、Cr、Pb等)作出现场的快速分析，以避免因这些重金属元素而造成的对人体健康和生命安全的威胁，因此具有非常重要的意义。

目前国际上已有的降低LIBS检测限的技术包括有：一、采用双脉冲激发模式：采用双脉冲激发模式需要特殊研制的双脉冲激光器，这种激光器价格较单脉冲激光器昂贵，或者是用两套激光器，系统也比较昂贵；二、采用共振增强激发模式和LIBS与激光诱导荧光(Laser-inducedfluorescence，LIF)联用技术：采用共振增强激发模式和LIBS-LIF联用技术则需要两套激光系统，不仅昂贵，而且体积庞大，系统复杂；三、采用先进的光电检测设备：闪耀光栅光谱仪、ICCD(Intensified Charge-CoupledDevice)，然而带有ICCD的LIBS系统价格昂贵，而且ICCD数据读出速度慢，在紫外区灵敏度低等。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、成本低、具有较高分析灵敏度的双通道共振增强激光诱导击穿光谱痕量元素分析仪。

本发明的另一目的在于提供了一种双通道共振增强激光诱导击穿光谱痕量元素分析仪的分析方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本双通道共振增强激光诱导击穿光谱痕量元素分析仪，包括激光器、单色仪、光电探测器、示波器和计算机，其特征在于：所述激光器通过分束片BS与样品通道、光源通道光信号连接；在所述光源通道上依次设置有第一透镜L1、共振光源、耦合透镜组，耦合透镜组包括第三透镜L3和第四透镜L4；在所述样品通道上依次设置有第一反射镜RM1、第二透镜L2；所述样品通道、所述光源通道与样品光信号连接，样品通过光收集系统与单色仪光信号连接，单色仪和光电探测器连接，光电探测器和示波器连接，示波器和计算机连接。

所述光收集系统包括第五透镜L5、第二反射镜RM2和第六透镜L6；光收集系统与单色仪的入射狭缝光信号连接。

所述示波器通过GPIB接口和计算机连接。

所述激光器为电光调Q脉冲Nd:YAG激光器(纳秒(10^-9秒)脉冲激光器)，也可以是皮秒(10^-12秒)或者飞秒(10^-15秒)脉冲激光器。

所述共振光源为激光诱导的等离子体光源。

所述单色仪为光栅单色仪。

所述示波器为数字存储示波器。

所述光电探测器为光电倍增管。

上述的双通道共振增强激光诱导击穿光谱痕量元素分析仪的分析方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)所述激光器发出的激光，经分束片BS分成两路光线分别进入样品通道和光源通道；

(2)在所述光源通道上光线被第一透镜L1聚焦于共振光源，产生强激光诱导等离子体共振光辐射，经耦合透镜组，聚焦于样品；

(3)在所述样品通道上光线由第一反射镜RM1反射并经第二透镜(L2)聚焦于样品；

(4)在样品通道的光线的作用下，所述样品中的待分析的痕量元素被解离出来，然后所述痕量元素被所述共振光辐射共振激发，所述痕量元素发出共振增强光辐射；

(5)所述共振增强光辐射通过光收集系统成像在单色仪上；

(6)所述单色仪的光信号经光电探测器探测，转换为电信号；

(7)所述电信号被送至示波器显示；

(8)所述示波器将数据信息传送给计算机作记录和数据处理。