多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法
2023-10-19 12:35:17 1
專利名稱：多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法。
背景技術：
工農業產品或環境中重金屬元素(如鉛、汞、鎘、鉻、銅、錳……)己嚴重影響人類 的身體健康，少量的鉛、汞、鎘或鉻即可引起急性中毒。醫學證明，口服2-3克的鉛可致 中毒，50克可致死。而微量的重金屬如果在體內長期積累，亦可引起慢性中毒，導致器官 功能衰退和免疫系統紊亂。所以，歐盟早就所有電子類產品中的鉛、鉻、鎘和汞四種重金 屬元素的濃度做出了規定，即R0HS標準，其中規定鉛、汞和正六價格濃度不得超過1000卯m， 鎘濃度不得超過100ppm。
目前用於定量檢測微量重金屬的技術手段主要有X射線螢光分析法，原子吸收光譜技 術和電感耦合等離子體原子發射光譜技術。其中X射線螢光分析法可以實現快速檢測，但 是其靈敏度較低；原子吸收光譜技術和電感耦合等離子體原子發射光譜技術的檢測精度 高、穩定性好，但是由於設備昂貴，樣品前處理費時， 一般需要數天，難以大量應用。
雷射誘導擊穿光譜技術是一種新型的光譜檢測手段，它廣泛應用於環境汙染監測、工 業產品檢測、食品質量檢測和考古分析等領域中，例如對土壤、水體、合金、水果蔬菜、 顏料、古董文物等進行元素分析。它具有簡單快速、無需樣品預處理、對樣品損傷小和適 應範圍廣、便於遠程操控等優點，特別是其無需樣品前處理的特點具有很大的優勢。
雷射誘導擊穿光譜技術的原理雷射誘導擊穿光譜作為一種檢測技術，其原理是將脈 衝激光聚焦到樣品表面，樣品中的原子由於吸收光子能量和電子原子碰撞的效應，產生了 "擊穿"效應而形成高溫等離子體，這個過程中部分原子或離子躍遷到高能量態；當雷射 脈衝結束之後，等離子體迅速冷卻，此時處於高能量態的原子或離子由於躍遷回到基態而 輻射出特徵光譜。通過研究這個光譜可以對樣品中所含的元素進行定性或定量分析。雷射誘導擊穿光譜的原子輻射光是非常微弱的，經過光柵或稜鏡分光之後展開的光譜 無法使用普通的透鏡來採集，因為其靈敏度不夠。目前國內外釆集雷射誘導擊穿光譜主要 使用兩種手段第一，使用多通道倍增成像儀來採集光譜，這樣就能夠一次性將整個光譜 採集下來，實現多元素一次性檢測，但缺點是多通道倍增成像儀價格昂貴，而且需要配備 相關的液氮製冷系統，對於一般實驗室或生產機構難以承擔；第二，使用光電倍增管單通 道採集，這種方法必須在光柵分光光譜的出射端加一個狹縫(即成為單色儀)，每次只能採 集一個波長的光強，而要把檢測多個元素的話，則需要轉動光柵以改變輸出波長，所以無 法實現多元素同時採集。
發明內容
本發明的目的在於提供一種多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法。本發明可以 對至少兩種元素進行檢測，檢測速度快，且檢測裝置的成本低。
本發明所採用的檢測裝置結構是-
一種多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測裝置，包括雷射器、樣品放置位、光傳輸 部件、單色儀及信號處理裝置，雷射器朝向樣品放置位，在單色儀上設有入射縫及出射縫， 在出射縫處設有光電轉換元件，光電轉換元件與信號處理裝置電氣連接；設於所述單色儀 末端的所述出射縫為至少兩個，在該至少兩個出射縫處均設有所述光電轉換元件，各光電 轉換元件均與所述信號處理裝置電氣連接。
所述光電轉換元件為光電倍增管。
在所述雷射器與所述樣品放置位之間設有凸透鏡，所述光傳輸部件為光纖。
所述樣品放置位為二維移動平臺，即樣品放置臺可以產生輕微移動，避免由於雷射照 射過久而形成孔洞，進而影響等離子體的射出。
所述分色儀還包括第一凹透鏡、第二凹透鏡、反色鏡及光柵，從入射縫射入的光線依 次經反射鏡、第一凹透鏡、光柵及第二凹透鏡後，再經所述出射縫傳出。
所述信號處理裝置包括模數採集模塊及計算機，模數採集模塊與計算機電氣連接，所述兩個光電轉換元件與模數採集模塊電氣連接。 所述出射縫及光電倍增管均為四個。
在所述待測品放置位旁側還設有光電式開關，該光電式開關與所述信號處理裝置電氣 連接。當雷射器將雷射照射到待測品時，光電式開關給模數採集模塊發出一個同步信號， 以使模數採集模塊與雷射器同步。
本發明所述多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法至少包括如下步驟
A、 雷射器輸出雷射經凸透鏡聚焦後照射到樣品上，樣品內元素分解的同時向外發射光
線；
B、 從樣品傳出的發射光線經光纖傳入單色儀的入射縫，再依次經過反射鏡反射、第一 凹透鏡將發射光線準則為平行光，平行光經光柵偏振，再由第二凹透鏡聚焦，聚焦的光線 分別射入四個出射縫內；
C、 四個出射縫處的光電轉換元件分別將該處的光線轉換為電信號，再由信號處理裝置 同時對各個信號進行處理。
綜上所述，本發明的優點是本發明在單色儀上設有四個出射縫，分別對應鉛、鉻、 鎘和汞四種重金屬元素的波長，在檢測時，可以一次性的對樣品中的四種重金屬元素進行 檢測分析，分析速度大為提高，同時檢測裝置的成本低。
圖1是本發明所述檢測方法所用檢測裝置的結構示意圖； 圖2是圖1中，單色儀的局部放大圖； 圖3是本發明所述檢測方法的流程圖； 附圖標記說明
1、雷射器，2、樣品放置位，3、單色儀，4、模數採集模塊，5、計算機，6、樣品，7、凸透鏡，8、第一凹透鏡，9、第二凹透鏡，10、反射鏡，11、光柵，12、光電式開關，13、 入射縫，14、第一出射縫，15、第二出射縫，16、第三出射縫，17、第四出射縫，18、第 一光電倍增管，19、第二光電倍增管，20、第三光電倍增管，21、第四光電倍增管，22、光纖。
具體實施例方式
如圖1至圖2所示為本發明所述檢測方法所用檢測裝置的結構， 一種多通道的雷射誘 導擊穿光譜的快速檢測裝置，包括雷射器l、樣品放置位2、光傳輸部件、單色儀3及信號 處理裝置，雷射器1朝向樣品放置位2，在單色儀3上設有入射縫13及出射縫，在出射縫 處設有光電轉換元件，光電轉換元件與信號處理裝置電氣連接；設於所述單色儀3末端的 所述出射縫為至少兩個，在該至少兩個出射縫處均設有所述光電轉換元件，各光電轉換元 件均與所述信號處理裝置電氣連接。
其中，所述出射縫為四個(第一出射縫14、第二出射縫15、第三出射縫16、第四出射 縫17)，四個出射縫處分別設有四個光電轉換元件為光電倍增管(第一光電倍增管18、第 二光電倍增管19、第三光電倍增管20、第四光電倍增管21)。
所述樣品放置位2為二維移動平臺，在所述雷射器1與所述樣品放置位2之間設有凸 透鏡7，所述光傳輸部件為光纖22;所述分色儀還包括第一凹透鏡8、第二凹透鏡9、反色 鏡及光柵ll，從入射縫射入的光線依次經反射鏡10、第一凹透鏡8、光柵ll及第二凹透鏡 9後，再分別經四個出射縫傳出，。所述信號處理裝置包括模數採集模塊4及計算機5，模 數採集模塊4與計算機5電氣連接，所述兩個光電轉換元件與模數採集模塊4電氣連接。 樣品放置位2旁側還設有光電式開關12，該光電式開關12與模數採集模塊4電氣連接。
如圖3所示為本發明所述多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法的流程圖，其包 括如下步驟
A、 雷射器1輸出雷射經凸透鏡7聚焦後照射到樣品6上，樣品6內元素分解的同時向 外發射光線；
B、 從樣品6傳出的發射光線經光纖22傳入單色儀3的入射縫，再依次經過反射鏡10反射、第一凹透鏡8將發射光線準則為平行光，平行光經光柵ll偏振，再由第二凹透鏡9聚焦，聚焦的光線分別射入四個出射縫內；
C、四個出射縫處的光電轉換元件分別將該處的光線轉換為電信號，再由信號處理裝置同時對各個信號進行處理。
綜上所述，本實施例的優點是在單色儀3上設有四個出射縫，分別對應鉛、鉻、鎘和汞四種重金屬元素的波長，在檢測時，可以一次性的對樣品6中的四種重金屬元素進行檢測分析，分析速度大為提高，同時檢測裝置的成本低。
以上僅為本發明的較佳實施例，並不以此限定本發明的保護範圍；在不違反本發明構思的基礎上所作的任何替換與改進，均屬本發明的保護範圍。
權利要求
1、多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法，其特徵在於，該方法至少包括如下步驟A、雷射器輸出雷射並照射到樣品上，樣品內元素分解的同時向外發射光線；B、從樣品傳出的發射光線輸入單色儀內，經過光柵偏振後分別由各出射縫傳出；C、各光電轉換元件將出射縫處的光線分別轉換為電信號，再分別將光電信號傳輸至信號處理裝置，由信號處理裝置同時對各個信號進行處理。
2、 如權利要求1所述多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法，其特徵在於，在所述A 步驟中，所述雷射器輸出雷射經凸透鏡聚焦後再照射到所述樣品上。
3、 如權利要求1所述多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法，其特徵在於，在所述B步驟中，從所述樣品傳出的發射光線經光纖傳入單色儀的入射縫，經入射縫射入的光線 依次經反射鏡、第一凹透鏡、光柵及第二凹透鏡後，再分別經所述出射縫傳出。
全文摘要
本發明公開了一種多通道的雷射誘導擊穿光譜的快速檢測方法，該方法至少包括如下步驟A.雷射器輸出雷射並照射到樣品上，樣品內元素分解的同時向外發射光線；B.從樣品傳出的發射光線輸入單色儀內，經過光柵偏振後分別由各出射縫傳出；C.各光電轉換元件將出射縫處的光線分別轉換為電信號，再分別將光電信號傳輸至信號處理裝置，由信號處理裝置同時對各個信號進行處理。本發明可以對至少兩種元素進行檢測，檢測速度快，且檢測裝置的成本低。
文檔編號G01N21/63GK101592608SQ20091004081
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月3日 優先權日2009年7月3日
發明者周倫彬, 周建英, 李潤華, 王自鑫, 蔡永洪, 陸林軒 申請人:廣州市計量檢測技術研究院;中山大學;華南理工大學