一种激光诱导元素分析装置制造方法及图纸

一种激光诱导元素分析装置，包括初激发脉冲激光器、再激发脉冲激光器、信号接收单元、数据分析单元以及控制单元，其特征在于：还包括一空心球形约束装置，该球形约束装置的内部竖直设置有一支撑杆，且该支撑杆的高度可调；所述初激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束可垂直入射至待测样品上表面中心位置；所述再激发脉冲激光器包括若干台，各台再激发脉冲激光器分别周向均匀间隔分布设置，且各台再激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束与待测样品上表面处于同一水平面上水平入射至待测样品上表面中心位置，以从空间上均匀地对等离子体进行谐振再激发。本实用新型专利技术具有更强的等离子体光谱信号强度、更低的元素检出限和更高的检测灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种激光诱导元素分析装置，包括初激发脉冲激光器、再激发脉冲激光器、信号接收单元、数据分析单元以及控制单元，其特征在于：还包括一空心球形约束装置，该球形约束装置的内部竖直设置有一支撑杆，且该支撑杆的高度可调；所述初激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束可垂直入射至待测样品上表面中心位置；所述再激发脉冲激光器包括若干台，各台再激发脉冲激光器分别周向均匀间隔分布设置，且各台再激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束与待测样品上表面处于同一水平面上水平入射至待测样品上表面中心位置，以从空间上均匀地对等离子体进行谐振再激发。本技术具有更强的等离子体光谱信号强度、更低的元素检出限和更高的检测灵敏度。【专利说明】一种激光诱导元素分析装置
: 本技术涉及一种元素分析装置，尤其是一种对固态待测样品的激光诱导元素分析装置。
技术介绍
: 激光诱导光谱击穿技术(laser-1nducedbreakdown spectroscopy,简称 LIBS)是一种新兴的原子发射光谱分析技术，它将脉冲激光束聚焦到样品表面，使样品表面微量物质气化、电离、激发，形成高温等离子体；通过光学系统收集等离子体发射的元素谱线，经光纤耦合到光谱仪；光谱仪再将光谱数据传输到计算机中进行处理。LIBS技术具有快速、实时、无需样品准备、微损耗、多元素同时分析等特点。目前，LIBS技术应用领域广泛，包括传统的化学分析还有环境监测、工业在线测量、生物技术、文物保护、核工业、海洋科学、表面分析等。 但在实际应用中，LIBS检测存在灵敏度低、检出限过高的不足，限制了该技术更深入的发展和更广泛的应用。为了充分发挥LIBS的技术优势，增强信号强度和降低LIBS检出限是LIBS技术的重要发展方向。从提高LIBS光谱信号强度出发，国内外报道的主要有电-磁场信号增强装置、双脉冲激光激发装置。 电-磁场信号增强装置对于提高纯金属样品的LIBS光谱信号强度效果明显，但对于原子晶体材料不起作用。因为原子晶体通过共价键形成空间网状结构，具有很高的熔沸点和不导电的晶体特性，即原子晶体材料等离子体电离度很低，一般小于0.1%，因此，外力口均匀电-磁场装置对其光谱信号增强不起作用。 双脉冲激光激发是指相隔数纳秒至数十微秒的相继两个激光脉冲作用到被测样品的同一位置上，第一束激光脉冲形成稀薄的泡沫状等离子体，第二束激光脉冲将等离子体进行加热，不断膨胀，谱线强度增强，从而降低光谱分析的检出限。但是，双脉冲技术存在空间上尚不能充分均匀激发等离子体的不足，不能让等离子体内的粒子得到充分的撞击和压缩。另外，单纯的双脉冲技术，缺少机械约束装置，等离子体很容易向外逃逸，无法形成谐振加强效果，其等离子体辐射光谱信号的增强效果也是不够理想的。
技术实现思路
: 本技术的目的在于提供一种激光诱导元素分析装置，其可从空间上均匀地对等离子体进行谐振再激发，可形成谐振加强效果，具有更强的等离子体光谱信号强度、更低的元素检出限和更高的检测灵敏度。 —种激光诱导元素分析装置，包括 初激发脉冲激光器，用于发射高能量的脉冲激光束来激发出待测样品的等离子体； 再激发脉冲激光器，用于发射高能量的脉冲激光束对由初激发脉冲激光器激发出的等离子体进行谐振再激发； 信号接收单元，用于接收采集所述经过谐振再激发后的等离子体的光谱信号； 数据分析单元，与信号接收单元的输出端连接，用于对信号接收单元采集到的光谱信号进行分析比对，以确定待测样品中所含元素的成分和/或含量；以及 控制单元，与所述初激发脉冲激光器、再激发脉冲激光器、以及信号接收单元电连接，用于控制所述初激发脉冲激光器和再激发脉冲激光器的开启顺序、以及控制信号接收单元对等离子体信号的采集时间； 其特征在于:还包括一用于谐振增强等离子体信号的空心球形约束装置，该球形约束装置的内部竖直设置有一与其球心相对的顶部用于水平放置待测样品的支撑杆，且该支撑杆的高度可调，以使待测样品的上表面刚好位于过球形约束装置球心处的水平面上； 所述初激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束穿过球形约束装置后垂直入射至待测样品上表面中心位置，以激发出待测样品的等离子体； 所述再激发脉冲激光器包括若干台，各台再激发脉冲激光器分别周向均匀间隔分布设置于过球形约束装置球心处的水平面上，且各台再激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束穿过球形约束装置后与待测样品上表面处于同一水平面上水平入射至待测样品上表面中心位置，以从空间上均匀地对等离子体进行谐振再激发。 本技术之激光诱导元素分析装置，具有如下有益效果:在检测分析过程中，待测样品表面先由初激发脉冲激光器所发射高能量的脉冲激光束激发出等离子体，然后由多台再激发脉冲激光器同时发射激光束从空间上均匀地对等离子体进行谐振再激发，从而产生等离子体波，等离子体波呈球形急速向外膨胀；等粒子体波与球形约束装置的内壁发生激烈碰撞后会反射回来压缩等离子体，导致压缩后的等离子体中的粒子碰撞几率大大增力口，从而将低能级轨道上的粒子激发至高能级，使得高能级轨道上的受激原子数增加，辐射强度随之增加；球形约束装置与等离子体向外膨胀的波形基本匹配，因而可大大提高等离子体的压缩效率，进而提高等离子体光谱增强效应，具有更强的等离子体光谱信号强度、更低的元素检出限和更高的检测灵敏度。 本技术可通过如下方案进行改进: 所述再激发脉冲激光器包括三台，各再激发脉冲激光器所发射的激光束间的夹角为120度。即三束激光束的发射方向是以待测样品为中心呈中心对称结构的，因此可以从空间上均匀地再次激发等离子体，使等离子体内的粒子得到充分的撞击和压缩，等离子体内所包含的各元素原子福射光谱的增强效果也会大大提高。 所述球形约束装置的顶部开设有与其球心竖直正对的小孔，所述初激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束穿过该小孔后垂直入射至待测样品上表面中心位置；而球形约束装置上与过其球心的水平面相交位置处则绕周向均匀间隔开设有另外三个小孔，所述三台再激发脉冲激光器与该三个小孔一一对应，且三台再激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束分别穿过对应小孔后与待测样品上表面处于同一水平面上水平入射至待测样品上表面中心位置。结构简单，各脉冲激光器所发射的脉冲激光束可方便入射至球形约束装置内部形成等离子体波。 所述信号接收单元包括探头、光谱仪、以及增强型CCD ;所述探头和光谱仪通过光纤相互连接，且探头位于所述开设于球形约束装置顶部的小孔的上方，用于通过该小孔采集等离子体光谱信号并将采集到的光谱信号通过光纤传输到光谱仪；所述光谱仪用于采集等离子体光谱信号中的光谱线信号；而所述增强型CCD，连接于光谱仪与数据分析单元之间，用于对光谱线信号进行放大处理并转化为电信号传输到所述数据分析单元，且该增强型CCD还与所述控制单元连接，用于控制对等离子体信号的采集时间。结构简单，等离子体光谱信号采集精度高且分析处理快捷。 所述球形约束装置由两个大小相同的可拆卸的半球形铝壳组装而成。结构简单，可方便放置待测样品。 所述球形约束装置的下方还设有一固定基座，所述支撑杆的底部穿过所述球形约束装置的下方并与固定基座连接。结构简单，可使球形约束装置在对待测样品的元素测试分析过程中保持稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光诱导元素分析装置，包括初激发脉冲激光器，用于发射高能量的脉冲激光束来激发出待测样品的等离子体；再激发脉冲激光器，用于发射高能量的脉冲激光束对由初激发脉冲激光器激发出的等离子体进行谐振再激发；信号接收单元，用于接收采集所述经过谐振再激发后的等离子体的光谱信号；数据分析单元，与信号接收单元的输出端连接，用于对信号接收单元采集到的光谱信号进行分析比对，以确定待测样品中所含元素的成分和/或含量；以及控制单元，与所述初激发脉冲激光器、再激发脉冲激光器、以及信号接收单元电连接，用于控制所述初激发脉冲激光器和再激发脉冲激光器的开启顺序、以及控制信号接收单元对等离子体信号的采集时间；其特征在于：还包括一用于谐振增强等离子体信号的空心球形约束装置，该球形约束装置的内部竖直设置有一与其球心相对的顶部用于水平放置待测样品的支撑杆，且该支撑杆的高度可调，以使待测样品的上表面刚好位于过球形约束装置球心处的水平面上；所述初激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束穿过球形约束装置后垂直入射至待测样品上表面中心位置，以激发出待测样品的等离子体；所述再激发脉冲激光器包括若干台，各台再激发脉冲激光器分别周向均匀间隔分布设置于过球形约束装置球心处的水平面上，且各台再激发脉冲激光器所发射的脉冲激光束穿过球形约束装置后与待测样品上表面处于同一水平面上水平入射至待测样品上表面中心位置，以从空间上均匀地对等离子体进行谐振再激发。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈慧挺，邹小勇，彭振坚，蒋泳涛，郑晓亮，邓之鹤，
申请(专利权)人：广东省中山市质量计量监督检测所，
类型：新型
国别省市：广东;44