[实用新型]一种空间分辨激光诱导击穿光谱分析系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种空间分辨激光诱导击穿光谱分析技术，尤其是可实现空间多角度多距离调节的激光诱导等离子体信号采集装置及基于该装置的多角度多距离空间分辨激光诱导击穿光谱分析系统及其分析方法。 

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一种近年来新兴的原子发射光谱技术，由于该技术拥有无需复杂的样品前处理，分析速度快，可多元素同时分析，在线实时分析，微区分析及远程分析等众多优点，而且可以进行极端外部环境下固体、液体及气体样品的组成分析，因而该技术近年来被给予了极大的关注。 

LIBS信号在等离子体形成初期有较强的连续光谱背景，为了降低背景，提高信背比，需要将连续光谱信号与原子发射光谱信号相分离，从而获得满意的分析结果。目前常用到的解决技术主要有两种：一是时间分辨LIBS技术，该技术通过外接脉冲延时器，在激光脉冲开始之后的一定延时时间后外触发光谱仪接收信号，从而避开等离子体初期较强的连续背景，获得分析物的原子发射光谱；二是空间分辨LIBS技术，该技术借助等离子体不同类型信号间的空间扩散差异性，即等离子体随时间而膨胀，因而相对于激光在样品表面聚焦点较远处的等离子体的连续光谱背景已经得到一定的衰减，通过收集等离子体不同位置处的光信号来降低连续背景。 

但是，上述传统技术存在一定的局限性：时间分辨LIBS技术要求有精确的延时装置以及曝光时间能够设置得较短的检测器，不仅增加了系统的复杂性，在使用过程中还需要寻找合适的延时和曝光时间，不便于使用，对仪器的小型化现场应用不利。同时，该技术现有的固定装置(具有简单的角度旋转功能)对由光纤和透镜组合成的光纤探针的调节不方便，不能精确定量调节，对增强信号、提高信背比不利，对于同时采集信号的多个光纤探针的固定更是非常困难。而空间分辨LIBS技术虽然克服了时间分辨LIBS技术的缺点，但该技术要求接收探头瞄准等离子体的某一位置，只收集该位置处的等离子体的光信号，这就需要采取措施使等离子体可以膨胀的较大较远，如使等离子体处于低压的气体环境中，便于接受探头瞄准和定位，或者对等离子体成像并采用精确可调的定位装置调节接收探头，并缩小接收探头收集光 信号的等离子体范围，这些都增加了系统的复杂性；更重要的是，即便采取措施使接收探头瞄准了等离子体的某一位置，也只能在固定角度和距离下收集该位置处的等离子体光信号，因等离子体内部以及等离子体发射光信号的各向异性，仅收集固定角度和距离下的等离子体光信号，无法充分的反映等离子体内部以及等离子体发射光信号的空间分布，不能更好地实现降低背景、提高信背比的目的，也不能全面的了解等离子体的扩散机理和动力学演化过程。总之上述两种技术均存在着装置和操作复杂，调节不方便，不能充分实现增强信号、降低背景、提高信背比的目标。 

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可实现空间多角度多距离调节的激光诱导等离子体信号采集装置及基于此装置的多角度多距离空间分辨激光诱导击穿光谱分析系统及其分析方法。 

一种空间分辨激光诱导击穿光谱分析系统，包括脉冲激光器，激光束变换聚焦光学系统，位移台，激光诱导等离子体信号采集装置，光谱仪，计算机；脉冲激光器所发出的激光信号经激光束变换聚焦光学系统后到达位移台上方，光谱仪分别与脉冲激光器、激光诱导等离子体信号采集装置、计算机连接；激光束变换聚焦光学系统包括聚焦光组；激光诱导等离子体信号采集装置，包括夹持器和光纤探针；夹持器包括弧形导轨、滑块和套筒，弧形导轨上至少有一个滑块，滑块可在弧形导轨上滑动，滑块中央有孔；套筒穿过滑块中央的孔，可沿弧形导轨的径向移动；套筒有圆孔，光纤探针固定在套筒的圆孔中；光纤探针包括准直透镜和光纤，准真透镜固定在套筒内，光纤入口端面位于准直透镜的焦点处。通过在弧形导轨上滑动滑块改变光纤探针的空间角度，通过移动滑块中的套筒改变光纤探针与激光诱导等离子体的距离。 

进一步的，所述脉冲激光器通过触发延时单元与光谱仪相连。 

进一步的，所述触发延时单元为脉冲延时器。 

优选的，所述触发延时单元还有光电管，脉冲激光器经光电管与脉冲延时器连接。 

优选的，所述激光束变换聚焦光学系统，在聚焦光组前有反射光组。 

进一步的，所述夹持器的弧形导轨上设置有若干个滑块，滑块内均安装有套筒，套筒内安装有光纤探针。实现不同位置处多个光纤探针收集信号的角度及其与激光诱导等离子体激发位置的距离独立调节。