激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于等离子体光谱检测技术领域，具体是一种激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置。包括由ＹＡＧ激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、载物台和数据分析单元，其特征在于所述的等离子体检测装置设有一高压快放电回路组成的信号增强单元。本实用新型专利技术既继承了传统的ＬＩＢＳ技术的各项优势，又具有更强的信号强度、更低的样品检出限和更高的稳定性等特点，较之ＤＰ－ＬＩＢＳ技术和ＬＩＢＳ－ＬＩＦ技术检测系统装备简单、易于操作，且成本较低，有更好的实用性。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于等离子体光谱检测
，具体是一种激光诱导放电增强等离 子体光谱检测装置。
技术介绍
激光诱导击穿光谱(laser—induced breakdown spectroscopy，LIBS)，作为原子 发射光谱的一种，是近些年逐渐兴起的一种光谱检测技术。LIBS技术同时可以检测固体、液 体、粉末、气体等各种形式的样品，也是唯一能够在任何环境下同时检测多种元素含量的光 谱技术。LIBS技术还具有快速、实时、无需样品准备、微损耗、多元素同时分析等特点。目 前，LIBS技术的应用领域广泛，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、深空探测、海洋科学、表面分析等。传统的LIBS系统是由Nd: YAG调Q激光器发出激光光束，经过透镜汇聚在待测样 品表面，使之表面上微量物质气化、电离、激发，形成高温等离子体体；通过光学系统收集等 离子体体发射的元素的谱线，经过光纤耦合到光谱仪；光谱仪再将光谱数据传输到计算机 中进行处理。但在实际应用中，LIBS检测存在灵敏度较低、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。为充分发挥LIBS的技术优势，增强信号的强度和降低LIBS 检出限是LIBS技术的重要发展方向从提高LIBS光谱信号的强度出发，国外一些研究者提出了双脉冲激光激发技术， 即DP-LIBS技术。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 被检查物质的同一位置上。双脉冲技术较之单脉冲技术在光谱检测中有很大的优势，比如 可以大大提高激光对材料的消融和激发，增强等离子体体的谱线强度，从而降低光谱分析 的检出限等。另外，激光诱导击穿光谱技术结合激光诱导荧光光谱技术(LIBS-LIF)也能够 有效的提高痕量物质检测的灵敏度。但是无论是DP-LIBS技术还是LIBS-LIF技术在提高 检测效果的同时也大大增加了检测系统的复杂性，例如DP-LIBS技术需要有两台Nd: YAG调 Q激光器和相应的光路配套系统，同时调整两束激光共轴或正交较为困难，需要专业人员操 作，这使得LIBS系统在实际应用中增加了其调试的复杂性和成本。
技术实现思路
本技术针对上述现有技术的不足，提供了一种激光诱导_放电增强等离子体 光谱检测装置(laser ablation-electric discharge plasma spectroscopy, LA-EDPS)。 使用该装置的等离子体光谱检测，既继承了传统的LIBS技术的各项优势，又具有更强的信 号强度、更低的样品检出限和更高的稳定性等特点，较之DP-LIBS技术和LIBS-LIF技术检 测系统装备简单、易于操作，且成本较低，有更好的实用性。本技术的具体技术方案是激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置，包括由YAG激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、载物台和数据分析单元，其特征在于所述 的等离子体光谱检测装置设有一高压快放电回路组成的信号增强单元。所述的信号增强单元包括直流电源、高压二极管、电感、电容和由两个放电电极组 成的放电器，所述的放电器与电容并联后，与电感和高压二极管串联，所述高压直流电源的 正极连接高压二极管的正极，负极接地。所述的两个放电电极的间距为5mm 6mm，所述电容容量为6nF，直流电源的电压 范围为Okv 30kv。 所述的放电电极为球状电极。进一步地，两放电电极的间距通常是5_6mm，直流电源的电压范围为0到30kv可 调，经高压二极管和电感与两个放电电极相连，电路负极接地，在电极两段并联有一个大小 为6nF的电容，电感起保护电源的作用；电极放电的条件是在激光等离子体体的诱导下放 电的，所以必须避免电极自身的自动放电，为了避免产生高的电场，导致尖端放电，本实用 新型采用的电极应为球状或弧状。运用本技术检测装置进行的检测过程如下由上述YAG激光器发射一束，激光束被反射镜反射，由透镜聚焦后垂直入射到样 品表面上产生激光等离子体体；激光等离子体体以垂直于样品的表面的方向迅速向外膨 胀，其中一部分电子和离子进入两放电电极和消融点之间的空隙，这些等离子体体中的电 子和离子充当了预电离源，在电极电压作用下产生雪崩放电，使带电离子的数量成指数增 长，然后电容中的电能沿着“电极-消融点-电极”的“V”形路径形成气体放电，产生了更 大更强的电火花，将电容中的电能沉积到放电等离子体体中，使得等离子体体中高能态的 粒子数增多；因此，等离子体体辐射的光的强度比采用单激光激发乃至双激光激发都有很 大的增强；等离子体体发出的光被光纤收集并传输到光谱仪，同时利用光电二极管接受等 离子体体的辐射光形成一个触发脉冲信号来触发数字脉冲延迟发生器来开启光谱仪记录 实验数据；光谱仪将实验数据送入计算机进行处理和分析。附图说明图1为本技术激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置结构示意图图2为本技术信号增强单元电路结构图图3为本技术样品、激光束和火花的相对位置示意图图4为本技术放电电流示意图图5为传统SP-LIBS检测与本技术Ilkv电压下激光诱导放电增强等离子体 光谱检测光谱结果对比图其中，放电电极阳极1，放电电极阴极2，透镜3，光纤4。具体实施方式以下结合附图对本技术作进一步的描述。如图1、图2、图3所示，激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置，包括由YAG激 光器和透镜3组成的入射单元、由探头、光纤4、光谱仪组成的信号接收单元、载物台和数据 分析单元，其特征在于所述的等离子体检测装置设有一高压快放电回路组成的信号增强单元。所述的信号增强单元包括直流电源、高压二极管、电感、电容和由球状放电电极阳 极1，放电电极阴极2组成的放电器，所述的放电器与电容并联后，与电感和高压二极管串 联，所述高压直流电源的正极连接高压二极管的正极，负极接地。所述的两个放电电极的间距为5mm 6mm，所述电容容量为6nF，直流电源的电压 范围为Okv 30kv。其中，激光光源为Nd:YAG调Q激光器，基频光波长1064nm，脉宽为10ns，光束直径 为6mm，单脉冲激光能量在20-300mJ范围内可调。光谱仪是Avantes Spectrometer，它由CCD探测器、小型光纤光栅、数字脉冲延迟 发生器、信号采集系统和相关软件组成。线阵CXD探测器共有4096个像素组成，采用外触 发方式工作。CCD的开启时间和曝光时间是由光谱软件设置数字脉冲延迟发生器来实现的。 软件能够设置的数字脉冲延迟发生器最小曝光时间为2ms，最小延迟时间间隔为42ns。光 谱仪的光谱范围为200nm 500nm，分辨率为0. lnm。以下采用国家标准物质土壤样品GBW07421进行对比检测，为了方便使用和减少 误差，对实验样品进行了处理将5g的土壤样品放入用去离子水清洗过的塑料环中，用压 片机将土壤压成圆片。激光的能量采用30mJ，激光的重复频率为0.33Hz，激光焦点位于样品表面以下 0. 5mm,电极到样品间的距离是2mm，两电极之间的距离是6mm。样品、电极和激光束的相对 位置见图3。电极两端的电压为llkV。图4是IlKV电压时典型的快放电电流示意图，振荡 放电周期亚微秒量级(约0.5微秒)，放电本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置，包括由ＹＡＧ激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、载物台和数据分析单元，其特征在于所述的等离子体光谱检测装置设有一高压快放电回路组成的信号增强单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫东，李科学，陈巧玲，沈沁梅，龙精明，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：实用新型
国别省市：33[]