[实用新型]激光诱导击穿光谱术的物质检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测装置，特别是一种激光诱导击穿光谱术（LIBS）的物质检测装置。

背景技术

铅（Pb）以及其他重金属为我们日常生活中所熟知，且经常与人接触，其单质和化合物毒性巨大，并且可以在体内积累，因此，世界各国的机构都对食品、建筑用料等很多东西的含铅量进行了严格规定。然而，美国安全理事会在2004年证实，在全美有大约3800万的住宅的铅含量依然在标准含量以上；同年，我国发生了婴幼儿奶粉的铅中毒的恶劣事件。因此，有效地控制工农业产品中的铅含量具有重要意义。

目前，实现铅检测的常用方法主要有：X射线荧光光谱分析（XRF）、原子吸收光谱分析（AAS）以及电感耦合等离子体原子发射光谱分析（ICP-AES）。其中XRF可以实现快速检测，但是在分析金属化合物的时候，其精度会降低；AAS和ICP-AES的检测精度高、稳定性好，但是设备昂贵、样品要进行特殊处理，只适用于实验室环境。与前面的检测方式相比，LIBS无需处理样品、适用恶劣环境等特点，使它在很多情况下具有上述三种检测方法无法比拟的优势：

1、样品只需很少的前期处理（甚至根本不需要事先处理），而传统的原子光谱分析技术在处理样品上消耗的时间是很可观的，所以这能够很大提高批量检测的速度；

2、取样方法的通用性，不管待测物质是导体还是绝缘体，都没有什么特殊要求；

3、样品消耗量非常少，通常只需要消耗用极少量（微克量级）的物质进行分析，对样品的破坏性小；

4、不需要溶解样品，很适合用于分析一些非常难溶的物质，比如陶瓷、玻璃等；

5、只要焦点可以处理到足够小，同样适用于定点分析微小的区域；

6、可以实现有毒、强辐射等恶劣环境下的远距离、非接触性探测分析；

7、易于实现各种实地测量，包括水下测量。

中国发明专利201510678985.8公布一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，主要包括激光烧蚀系统、样品室系统、LIBS测量系统。一般LIBS（激光诱导击穿光谱术）光谱分析仪单脉冲激发的实验装置主要包括激光器、激光聚焦系统、气室（含真空泵和样品夹持台）、光谱采集系统、分光系统、光电信号转换系统、时间控制系统和计算机（光谱保存处理显示）。由于气室的存在，使得整个实验装置占用了一定的空间，加上真空泵携带不便，光学多通道分析仪 (Optical Mutichannel Analyzer，简称OMA ) 造价不菲，使得这种典型的单脉冲装置只适合在实验室使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的激光诱导击穿光谱术的物质检测装置。该物质检测装置光谱分辨率高，能有效避免不同发射谱线之间的干扰。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：激光诱导击穿光谱术的物质检测装置，依次包括激光器、样品夹持台、光谱采集系统、分光系统、光电信号转换系统和计算机，样品夹持台用于放置样品，激光器发射激光，照射至样品表面产生光谱，光谱采集系统用于采集样品表面产生的光谱并且将其传入分光系统，分光系统用于光谱处理，光电信号转换系统包括光电信号转换原件，用于将分光系统处理后的光谱转换为电信号，计算机用于接收光电信号转换系统输出的电信号并且输出数据，其特征在于：光电信号转换原件为电荷耦合元件。本实用新型采用常规的电荷耦合元件（CCD）作为时间分辨探测器。相比国内大都采用的PMT而言，CCD在工作过程中无需进行波长步进扫描，可以实现快速检测；相对国外使用的OMA和增强型CCD(ICCD)而言，整个检测系统的性价比显著提高。普通CCD是一个积分器件，因此在物质检测装置系统中采集的光谱数据是一段时间内的积分综合效应。采用常规CCD采集到的光谱表征了激光等离子体的综合性质，即所有的光谱都是由连续光谱本底和迭加上面的元素特征谱线组成的。整个物质检测装置依据其工作流程进行安装，其工作流程如下：先将样品放置于样品夹持台，然后激光器发射激光，照射至样品表面产生光谱，由光谱采集系统采集光谱传入分光系统，由分光系统将处理后的光谱导入光电信号转换系统转换为电信号，最后由计算机输出。

本实用新型所述物质检测装置还包括激光聚焦系统，激光聚焦系统安装于激光器和样品夹持台之间，激光器发射的激光经由激光聚焦系统汇聚于样品表面。聚焦到样本表面的激光短时间内使样品表面的一个很小区域的物质经历受热、气化、分解成原子，最后离子化，形成等离子体。