一种检测稻谷中重金属元素含量的装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种检测稻谷中重金属元素含量的装置，包括激光器、分束单元、反射镜组、光纤探头、光谱仪、控制箱；激光器与控制箱信号连接，分束单元设置于激光器发射的激光光路上，反射镜组设置于分束单元后的第一光路上用于将激光聚焦于待测稻谷饼中，光纤探头用于接收待测稻谷饼由激光照射激发出原子光谱辐射的信号光，光谱仪与光纤探头信号连接，光谱仪还与控制箱信号连接。本装置能够实现制样与检测一体化的快速检测。

【技术实现步骤摘要】
一种检测稻谷中重金属元素含量的装置
本专利技术涉及一种光谱分析技术，特别是一种检测稻谷中重金属元素含量的装置。
技术介绍
稻谷作为我国的主要粮食作物，具有极高的营养价值。近年来，随着人类的工业发展，土壤和水体重金属污染增多，导致稻谷中重金属的积累从而影响人体的健康。激光诱导击穿光谱技术又是一种无需借助化学药剂便可同时对多种元素进行快速分析的绿色分析方法，通过高能短脉冲激光束聚焦于样品表面或其内部获得等离子体，等离子在向低能级或基态跃迁的过程中激发出元素的特征谱线，通过对谱线进行分析获得元素的种类和含量等信息。常规检测稻米等农产品重金属元素的方法主要有电化学X射线荧光光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、电感耦合等离子光谱法等。这些方法虽然检测精度高，但是对环境造成污染且制样复杂，无法满足快速、绿色的检测要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种检测稻谷中重金属元素含量的装置，该装置基于激光诱导击穿光谱技术，实现制样与检测一体化的快速检测。实现本专利技术目的的技术方案为：一种检测稻谷中重金属元素含量的装置，包括激光器、分束单元、反射镜组、光纤探头、光谱仪、控制箱；激光器与控制箱信号连接，分束单元设置于激光器发射的激光光路上，反射镜组设置于分束单元后的第一光路上用于将激光聚焦于待测稻谷饼中，光纤探头用于接收待测稻谷饼由激光照射激发出原子光谱辐射的信号光，光谱仪与光纤探头信号连接，光谱仪还与控制箱信号连接。采用上述装置，反射镜组包括第一球面镜和第二球面镜；第一球面镜设置于分束单元后的光路上，第二球面镜设置于第一球面镜后的光路上，待测稻谷饼发出的信号光没有色差的穿过反射镜组后被分束单元折射至光纤探头。采用上述装置，分束单元和光纤探头之间设置离轴抛物面镜。采用上述装置，激光器和分束单元之间的管路上设置负透镜。采用上述装置，待测稻谷饼通过压片机制得，压片机包括下压磨和上压膜；下压磨上端面设置圆柱形凹槽，待测稻谷放置于凹槽内，上压膜设置于凹槽匹配的圆柱形压板和伸缩轴，压板固定于伸缩轴的下端面，伸缩轴与控制箱信号连接。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)信号光的激发光路结构紧凑，集成便携式激光诱导击穿光谱仪，体积小，方便携带，并且可现场对稻谷进行制样，实现稻谷的实时在线检测；(2)在收集存在一定带宽的信号光光谱信息时，反射式的激发光光路不会产生色差，且增大了光谱接收面积，从而极大程度上提高了光谱收集效率；(3)反射式光路利用两个球面镜，增大了聚焦于样品的数值孔径，从而减小了焦斑，增大了能量密度，更容易激发局部的激光等离子体，降低了对激光器的功率要求，提高了安全性并降低了成本。下面结合说明书附图对本专利技术作进一步描述。附图说明图1是本专利技术的一种检测稻谷中重金属元素含量的装置结构图。图2是本专利技术的另一种检测稻谷中重金属元素含量的装置结构图。具体实施方式一种检测稻谷中重金属元素含量的装置，包括激光器5、分束单元6、反射镜组、光纤探头12、光谱仪14、控制箱15。激光器5与控制箱15信号连接，分束单元6设置于激光器5发射的激光光路上，反射镜组设置于分束单元6后的第一光路上用于将激光聚焦于待测稻谷饼中，光纤探头12用于接收待测稻谷饼由激光照射激发出原子光谱辐射的信号光，光谱仪14与光纤探头1信号连接，光谱仪14还与控制箱15信号连接。反射镜组包括第一球面镜7和第二球面镜8；第一球面镜7设置于分束单元6后的光路上，第二球面镜8设置于第一球面镜7后的光路上，待测稻谷饼发出的信号光没有色差的穿过反射镜组后被分束单元6折射至光纤探头12。分束单元6为二向色镜，既可以使得激光器发射的激光穿过，又可以折射待测稻谷饼发出的信号光。待测稻谷饼通过压片机1制得，压片机1包括下压磨2和上压膜3。下压磨2上端面设置圆柱形凹槽，待测稻谷放置于凹槽内，上压膜3设置于凹槽匹配的圆柱形压板和伸缩轴，压板固定于伸缩轴的下端面，伸缩轴与控制箱15信号连接。控制箱15连接压片机1，为压片机1提供电源，压片机1的下压磨2与上压磨3上下对应，稻谷样品4放置与下压磨2的凹槽中，上压磨3与下压磨2压合，通过控制箱15设置压片机1的压力强度，将稻谷样品4压制成粉末型饼状稻谷样品10，并将其放置于压片槽9中。该装置还包括会聚光线的装置，将信号光会聚至光纤探头12或将激发光聚焦于粉末型饼状稻谷样品10的表面。实施例一如图1所示，为本实施例检测稻谷中重金属元素含量的装置结构图，包括：压片机1、上压磨2、下压磨3、稻谷样品4、激光器5、二向色镜6、第一球面镜7、第二球面镜8、压片槽9、粉末型饼状稻谷样品10、离轴抛面镜11、光纤探头12、光纤13、光谱仪14、控制箱15。控制箱15连接激光器5，为激光器5提供电源产生激发光，激光器5出射的激光由二向色镜6平行透射至第一球面面镜7表面，经第一球面镜7反射至第二球面镜8，激光束经由第二球面镜8反射后可聚焦于放置于片面槽9中的粉末型饼状稻谷样品10表面，粉末型饼状稻谷样品10激发的信号光传输至第二球面镜8表面，经由第二球面镜8反射至第一球面镜7，由第一球面镜7反射后平行出射至二向色镜6表面，经二向色镜6反射，平行光入射至离轴抛物面镜11，由离轴抛物面镜11聚焦至光纤探头12，耦合入光纤13，再将信息传输到光谱仪14，光谱仪14连接控制箱15，进行光谱分析，并有控制箱15中的显示器显示分析过程及结果。本实施例中激光器5采用Nd:YAG主动调Q单脉冲激光器，产生波长为1064nm的短脉冲高能激光；本实施例分束单元使用二向色镜6，将入射的准直激发光和经由第二球面镜8和第一球面镜7返回的信号光分束。本实施例中二向色镜6设置为可以高效地透过1064nm的激发光并反射200～800nm的光谱信号光，考虑到光学镀膜的可行性，本实施例中的二向色性6也可以设计成相反的透射反射模式，即对1064nm的激发光高反，对200～800nm的信号光高透；本实施例中，激发光入射二向色镜6的入射角设为45度，如图1所示，分束后的激发光和信号光相互垂直，光束分离程度最大；通过选择适当的反射镜组，即第一抛球面镜7和第二抛球面镜8，使经过二向色镜6分束出射的准直的激发光经由反射镜组反射后聚焦于表面，粉末型饼状稻谷样品10产生激光等离子体，同时激发出原子光谱辐射的信号光；该信号光沿激发光的逆向光路经过第二球面镜8和第一球面镜7没有色差，且仍准直出射，再经过二向色镜6反射，并由离轴抛面镜11反射后，导入光纤头12，耦合至光纤13；激光由第二球面镜8聚焦于粉末型饼状稻谷样品10表面后，产生的等离子光谱辐射经第二球面镜8准直并返回，不会因波长不一致产生的色差而导致焦点位置不同。同样，通过适当的选择设置离轴抛物面镜11，可使二向色镜6出射的准直的信号光经过离轴抛物面镜11反射后会聚耦合至光纤13中，波长不一致的宽光谱可以聚焦于同一点处。光纤13和离轴抛物面镜11的数值孔径应当基本匹配，以最高效地收集信号光，并将信号光导入光谱仪14；光谱仪14收到激光器5发出的同步电信号后，加以一定时间的延迟后打开快门曝光，可获得粉末型饼状稻谷样品10等离子体发出的原子光谱图；通过控制箱15处理获得的原子光谱图，可获得粉末型饼状稻谷样品10中的元素成分及含量等信息。本实施例中的控制箱15包含压片机电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测稻谷中重金属元素含量的装置，其特征在于，包括激光器(5)、分束单元(6)、反射镜组、光纤探头(12)、光谱仪(14)、控制箱(15)；其中激光器(5)与控制箱(15)信号连接，分束单元(6)设置于激光器(5)发射的激光光路上，反射镜组设置于分束单元(6)后的第一光路上用于将激光聚焦于待测稻谷饼中，光纤探头(12)用于接收待测稻谷饼由激光照射激发出原子光谱辐射的信号光，光谱仪(14)与光纤探头(1)信号连接，光谱仪(14)还与控制箱(15)信号连接。

【技术特征摘要】
1.一种检测稻谷中重金属元素含量的装置，其特征在于，包括激光器(5)、分束单元(6)、反射镜组、光纤探头(12)、光谱仪(14)、控制箱(15)；其中激光器(5)与控制箱(15)信号连接，分束单元(6)设置于激光器(5)发射的激光光路上，反射镜组设置于分束单元(6)后的第一光路上用于将激光聚焦于待测稻谷饼中，光纤探头(12)用于接收待测稻谷饼由激光照射激发出原子光谱辐射的信号光，光谱仪(14)与光纤探头(1)信号连接，光谱仪(14)还与控制箱(15)信号连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，反射镜组包括第一球面镜(7)和第二球面镜(8)；第一球面镜(7)设置于分束单元(6)后的光路上，第二球面镜(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛煜，李婧御，李扬彦，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32