一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，包括第一激光器、第二激光器和样品台；沿第一激光器的光路依次布置有倍频发生器、延时发生器、能量衰减器和光路爬高系统，经光路爬高系统出射的激光由样品台正上方聚焦至样品表面，产生羽流；第二激光器产生的激光用于对羽流进行原子激发，发出特征谱线；还包括信号采集和处理系统，根据所述的特征谱线和第一激光器击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。本发明专利技术提供一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，能实现样品快速、微损、多元素分析检测，具有调节简单、成本低、检出限低等特点，可根据不同的样品，调节透镜与物体的距离以及激光能量，获得最佳的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置
本专利技术涉及激光光谱
，特别涉及一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置。
技术介绍
基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光技术(plumelaser-excitedatomicfluorescence，简称PLEAF)是一种新型的多元素分析检测技术。PLEAF能有效解决普通激光激发原子荧光技术单波长单跃迁的局限，实现样本(包括未知样本)多元素分析检测，具有检出限低、无样本预处理、快速等特点。2005年，Cheung等人首次提出PLEAF技术，并公开了一种简单的仪器装置。Cheung等人指出PLEAF技术是一种类似荧光光谱技术，并成功应用于金属合金、陶瓷、聚合物、颜料等检测。它的检出限是激光诱导击穿光谱几个量级，具有很高的信噪比。空间限制是一种提高激光诱导击穿光谱信号强度、降低检出限的一种有效方法。如专利申请CN103543131A提出了一种基于双脉冲和空间限制作用提高元素测量精度的方法，该方法首先在待测样品表面上方制作坑洞或者腔体，然后利用双脉冲激光对样品进行击打。第一个脉冲在坑洞或者腔体内部产生低压环境，第二个脉冲则用于激发样品产生等离子体。等离子体在扩展的过程中受到空间限制作用，使得等离子体温度和电子密度显著提高，而且等离子体更加均匀，有利于增加测量信号的稳定性，提高信噪比，降低样品中微量元素的检出限。该专利指出空间限制能够提高LIBS测量信号的强度和稳定性，有利于元素测量精度的提高。与LIBS技术相似，PLEAF技术需要对样本进行蒸发和原子化，产生羽流。因此，空间限制同样也能对激光激发的羽流进行约束，从而提高检测谱线强度，降低检出限。虽然基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光技术已经引起研究人员的广泛关注，然而现有仪器设备存在调节困难，无相关的能量监测、样品表面成像等辅助设备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光光谱装置，能实现样品快速、微损、多元素分析检测，具有调节简单、成本低等特点。本专利技术的具体技术方案如下：一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，包括第一激光器、第二激光器和样品台；沿第一激光器的光路依次布置有倍频发生器、延时发生器、能量衰减器和光路爬高系统，经光路爬高系统出射的激光由样品台正上方聚焦至样品表面，产生羽流；第二激光器产生的激光用于对羽流进行原子激发，发出特征谱线；还包括信号采集和处理系统，根据所述的特征谱线和第一激光器击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。其中，所述的信号采集和处理系统包括：光纤收集系统，用于收集所述的特征谱线；分光系统，用于对特征谱线进行分光；探测器，用于将分光系统的光信号转换为电信号；样本表面成像系统，用于监控第一激光击打样品位置，得到采样点的空间信息和样品表面信息；计算机，根据所述的电信号和采样点的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。优选的，所述的分光系统为中阶梯光栅光谱仪。中阶梯光栅光谱仪是以中阶梯光栅作为色散元件的光谱仪，无需光栅扫描即可一次性得到全谱数据，能避免普通光谱仪多通道首尾段拼接问题。中阶梯光栅光谱仪内部无机械部分，稳定性更高，分辨率能达到0.08nm，能满足谱线分光要求。其中，所述的样本表面成像系统包括：用于从正方向照明样品的照明LED光源，位于照明LED光源光轴上的分束镜，CCD相机和成像镜头，用于采集分束镜反射的采样点的空间信息和样品表面信息。优选的，所述的光路爬高系统由第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜组成，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方，第三反射镜位于样品台的正上方；所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为Nd：YAG三倍频激光反射镜。光路爬高系统主要用于抬升光路，并将沿水平方向激光转化为沿垂直方向传播。应用光路爬高系统能有效避免升高激光器位置导致激光不稳定的因素。激光从样品正上方击打样品表面，有利于羽流的有效激发，保证羽流均匀对称分布。由于第一激光器激光经过倍频发生器产生355nm波长激光，为减少激光能量在光路系统的损失，保证激光能量的有效利用率，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为Nd：YAG三倍频激光反射镜，反射率大于99％。优选的，所述的延时发生器控制第一激光器和第二激光器触发时间，设置第一激光器调Q信号的触发在氙灯信号触发之后150±20μs。该时序的设置能最大程度保证双脉冲固体激光器的能量稳定性。第一激光器为Nd:YAG固体脉冲激光器，第二激光器为准分子激光器；所述的第一激光器和第二激光器对应的聚焦透镜为紫外熔融石英玻璃，焦距分别为50mm和75mm。Nd:YAG固体脉冲激光器主要用于对样本进行蒸发、原子化，产生羽流，而准分子激光器对激发的羽流产生荧光，当原子冷却跃迁到较低能级时，产生特征谱线。由于第一激光器和第二激光器的激光波长分别是355nm和193nm，为紫外波段，选用紫外熔融石英玻璃能有效透过185nm-2100nm波段激光，保证激光能量的有效利用率。优选的，所述的聚焦透镜安装在沿光轴滑动配合的透镜安装架上。透镜与样本的距离是激光诱导击穿光谱的重要参数，直接影响激光在待激发对象的激光参数。通常来说，透镜与样本的距离应小于透镜的焦距。当透镜与样本距离减小时，击打点的直径将会增大，辐射度以及积分通量均会减小。因此，将透镜安装在沿光轴滑动配合的透镜安装架能根据样本性质和实际需求精确调节透镜与样本的距离。其中，所述的样品台包括具有四自由度的电移台、活动安装在电移台上的升降板和滑动配合在电移台上的载物台；所述升降板上设有透明的约束窗口，激光透过约束窗口后击打样品；所述升降板的下方设有约束板，该约束板置于样品的正上方，约束板上分布有约束腔，该约束腔用于约束样品激发的羽流。样品台通过空间限制增强谱线强度，能对羽流横向以及纵向进行约束，并根据不同的样本需求调节约束空间大小调节谱线强度，谱线强度增强范围为2-10倍。约束窗口主要用于对羽流纵向进行约束，并对入射激光与羽流产生的特征谱线具有较好的透射率。约束板主要用于对羽流的横向进行约束，并使特征谱线进行约束传播，提高谱线收集效率和谱线强度。优选的，所述的升降板上设有透光口，该透光口处覆盖有透光板，所述透光口与透光板组成所述的约束窗口。其中，透光板为有机玻璃板，选用材料为N-BK7，厚度为1-5mm，透过率大于90％，能量阈值大于10J/cm2。谱线增强效果受到约束窗口离样品距离的影响。由于样品性质和所要检测的元素谱线强度不同，本专利技术的约束窗口能在垂直方向进行移动，根据需要调节谱线强度。约束板为镀铬的铝板，厚度为1～3mm。在铝板的约束腔内进行镀铬，使内腔具有较高的反射率，使特征谱线约束传播，提高谱线收集效率。本专利技术具有的有益效果是：(1)本专利技术提供一种基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光光谱装置，能实现样品快速、微损、多元素分析检测。(2)可根据不同的样品，调节透镜与物体的距离以及激光能量，获得最佳的信噪比。(3)具有调节简单、快速，功能齐全、稳定可靠、成本低、检出限低等特点。(4)样品台通过空间限制增强谱线强度，能对羽流横向以及纵向进行约束，提高谱线收集效率和谱线强度，能避免激发颗粒重新覆盖到样品表面，并平整样品表面(特别如新鲜叶片等不平整样品)，使样品到聚焦透镜的距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器和样品台；沿第一激光器的光路依次布置有倍频发生器、延时发生器、能量衰减器和光路爬高系统，经光路爬高系统出射的激光由样品台正上方聚焦至样品表面，产生羽流；第二激光器产生的激光用于对羽流进行原子激发，发出特征谱线；还包括信号采集和处理系统，根据所述的特征谱线和第一激光器击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器和样品台；沿第一激光器的光路依次布置有倍频发生器、延时发生器、能量衰减器和光路爬高系统，经光路爬高系统出射的激光由样品台正上方聚焦至样品表面，产生羽流；所述的样品台包括具有四自由度的电移台、活动安装在电移台上的升降板和滑动配合在电移台上的载物台；所述升降板上设有透明的约束窗口，激光透过约束窗口后击打样品；所述升降板的下方设有约束板，该约束板置于样品的正上方，约束板上分布有约束腔，该约束腔用于约束样品激发的羽流；所述的约束腔为圆锥形约束腔，上锥面直径和下锥面直径分别是2mm和3mm，且约束腔的内壁镀铬；第二激光器产生的激光用于对羽流进行原子激发，发出特征谱线；还包括信号采集和处理系统，根据所述的特征谱线和第一激光器击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。2.如权利要求1所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，其特征在于，所述的信号采集和处理系统包括：光纤收集系统，用于收集所述的特征谱线；分光系统，用于对特征谱线进行分光；探测器，用于将分光系统的光信号转换为电信号；样本表面成像系统，用于监控第一激光击打样品位置，得到采样点的空间信息和样品表面信息；计算机，根据所述的电信号和采样点的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。3.如权利要求2所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，其特征在于，所述的分光系统为中阶梯光...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，彭继宇，何勇，宋坤林，张初，方慧，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33