[发明专利]一种高重频辅助烧蚀激光诱导击穿光谱气溶胶检测装置

说明书

本发明公开了一种高重频辅助烧蚀激光诱导击穿光谱气溶胶检测装置，该检测装置包括：气溶胶束产生部件，用于将待测气溶胶进行收缩产生气溶胶束；辅助烧蚀部件，用于将高重频激光聚焦在气溶胶束处，持续激发气溶胶束中的气溶胶粒子预先形成等离子体；高能量激发部件，用于将高能量脉冲激光在等离子体处，使高能量脉冲激光在击穿空气之前激发等离子体；光谱信息采集部件，用于采集激发后的等离子体发出的光辐射，并获取光辐射的光谱信息；数据处理部件，用于时序控制高能量脉冲激光的输出和光辐射的采集，并将光谱信息进行处理后得到待测气溶胶的元素组成及各元素含量信息。本发明能有效提高激光能量利用率，并提高气溶胶元素在检测中的灵敏度。

技术领域

本发明属于气溶胶检测技术与光谱分析领域，更具体地，涉及一种高重频辅助烧蚀激光诱导击穿光谱气溶胶检测装置。

背景技术

气溶胶是一种特殊的分散体系，其分散质为固态或液态的微小颗粒，粒径范围在0.01-1000μm。由于其粒径较小，能够长时间存在于空气中，并可以随气团长距离传输，在地区气候，环境污染，人体健康等方面有重要影响。因此，对气溶胶浓度和种类的检测是环境监测的重要组成部分，具有重要意义。

常规用于气溶胶原位检测的技术主要有气相色谱-质谱法(GC-MS)、原子吸收光谱法(AAS)、离子色谱法(IC)等。但这些技术都存在制样复杂，无法实现快速、原位分析的缺点，不适用于气溶胶的原位在线检测。

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)是一种原子发射光谱技术。LIBS技术将高能量的脉冲激光聚焦到样品表面，高能量密度的激光烧蚀微量样品后形成等离子体，在等离子体冷却的过程中，各种元素的粒子从高能态跃迁到低能态时会发射相应的特征谱线，通过采集等离子体的光辐射，分析其中的特征谱线可以得到样品的元素组成及含量信息，从而实现对气溶胶粒子的定性和定量分析。相比较于其他气溶胶原位分析技术，LIBS技术通常不要求对样品进行预处理，可同时通过光谱分析多个元素的特征谱线，因此具有快速、原位在线、微损、多元素分析、远程等优势。基于上述优势，LIBS技术广泛应用于环境监测、食品安全、矿产勘探、太空探测、海洋探测等领域。

在LIBS技术中，激光与物质的相互作用形成等离子体的过程直接决定了等离子体的光谱信号。激光与物质的相互作用主要可以分为，被测样品吸收激光能量，物质离解，等离子体膨胀和扩散，激光诱导等离子体辐射，等离子体冷却等过程。当LIBS技术用于气溶胶在线检测时，需要将激光聚焦在气溶胶束位置，由于气溶胶束中气溶胶粒子数浓度较低，气溶胶束透过率较高，在激光与含气溶胶粒子的气流相互作用早期，尚未形成等离子体，此时物质对激光的吸收较少，一部分能量未被等离子体吸收，直接透过，导致一部分激光能量的浪费，激光能量饱和时直接透过能量高达单脉冲能量的20％，在使用激光能量较低时透过激光能量占比更高；当激光能量较高时，由于能量密度超过了空气的击穿阈值，导致大量激光能量被空气吸收，只有剩余的少部分能量被待测的气溶胶粒子吸收，导致产生的等离子体中气溶胶粒子对应元素光谱信号较弱，而空气对应元素光谱信号较强，导致气溶胶元素在检测在灵敏度差的问题。

因此，如何解决现有激光诱导击穿光谱气溶胶检测装置中激光能量利用率低以及检测灵敏度差的问题是亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高重频辅助烧蚀激光诱导击穿光谱气溶胶检测装置，能有效提高激光能量利用率，并提高气溶胶元素在检测中的灵敏度。

为实现上述目的，本发明提供了一种高重频辅助烧蚀激光诱导击穿光谱气溶胶检测装置，包括：

气溶胶束产生部件，用于将待测气溶胶进行收缩产生气溶胶束；

辅助烧蚀部件，用于输出高重频激光，并将所述高重频激光聚焦在所述气溶胶束处，持续激发所述气溶胶束中的气溶胶粒子预先形成等离子体；