CN101545862B - 一种检测空气中悬浮铅含量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测空气中悬浮铅含量的装置。现有技术需要首先对样品进行原子化，结构复杂，使用不方便。本发明中激光器、激光倍频器和单面反射镜依次放置在光源光束的出射光路上，双面反射镜设置在经单面反射镜反射光束的光路上，并且与单面反射镜平行设置，牛顿望远镜和凹面反射镜分别设置在双面反射镜的两侧。滤光片、聚焦透镜和光谱检测仪器依次放置在双面反射镜另一个反射面反射光束的光路上，信息处理显示单元与光谱检测仪器电连接。本发明结构简单、荧光利用率高、不需要对样品进行预处理、不需要原子化部件、可以连续在位测量。

Description

一种检测空气中悬浮铅含量的装置

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种检测空气中铅含量的装置，主要用于检测空气中悬浮状铅的含量。

技术背景

铅是人体非必需的物质，而且很容易在人体内富集，而不易排出。大气中的铅主要来源于两个方面：自然因素和人为因素。自然因素主要是火山喷发、风沙土壤的自然尘以及微生物合成的有机铅化合物等；人为因素主要是汽车、工厂排出的尾气，含铅的焊接材料和油漆，生产蓄电池的含铅废液等。铅在大气中的存在形式有：单质的铅、氧化铅等无机铅和四乙基铅等有机化合铅。它们通常被颗粒物吸附漂浮在大气中或以气溶胶的形式存在。

铅是有毒的，对环境污染非常严重。人体直接吸收或者通过食物链的富集作用铅可在体内集聚，从而对人体产生巨大的危害，由于铅比较重一般漂浮在大气的最底层，所以对儿童的危害更大。尤其是严重影响儿童的发育。目前对铅的检测方法主要有原子吸收光谱法(AAS)、原子发射光谱法(AES)和原子荧光光谱法(AFS)。原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好、稳定性好等特点，但是也有很多不足：1)受化学干扰严重，结果不能令人满意；2)重复性和准确性差；3)要做样品的预先处理；4)测试完成后要除去残留物质。原子发射光谱法，具有分析速度快、重复性好、可同时检测多种元素等优点，但同样易受化学干扰，一般多用于固体金属的分析，而基于等离子体的发射光谱分析可以检测液体，但是分析速度很慢。原子荧光光谱法具有分析精确，选择性好，检出限低，线性范围宽，干扰少等优点。但是传统的原子荧光光谱分析仪结构复杂，需要原子化装置，要对样品进行预处理。以上方法都不能够连续在位的对空气中悬浮的铅含量进行监测。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种可以连续在位测量空气中悬浮铅含量的装置，具有结构简单、荧光利用率高、不需要对样品进行预处理、不需要原子化部件、可以连续在位测量。

本发明的基本构思是：在激光诱导荧光光谱分析技术中，激光束经倍频后经反射镜的反射后入射到样品，样品在受激吸收光子，然后释放出荧光。通过牛顿望远镜和凹面反射镜收集荧光，经滤波后，输入到光谱仪中检出铅的特征谱线，数据传输到信息处理显示单元根据荧光的强度计算出铅的含量，接着处理下一个数据，实现连续测量。此方法无需原子化、系统简单、易于操作、可放置在现场，实现在位测量。

本发明包括激光器、激光倍频器、单面反射镜、双面反射镜、凹面反射镜、牛顿望远镜、滤光片、聚焦透镜、光谱检测仪器、信息处理显示单元。激光器、激光倍频器和单面反射镜依次放置在光源光束的出射光路上，单面反射镜的反射面与光源光束的夹角为45°。双面反射镜设置在经单面反射镜反射光束的光路上，并且与单面反射镜平行设置。牛顿望远镜和凹面反射镜分别设置在双面反射镜的两侧，其中凹面反射镜位于经双面反射镜一个反射面反射光束的光路上，牛顿望远镜接收一部分荧光，同时凹面反射镜把收集到的荧光反射到牛顿望远镜上，再经牛顿望远镜的汇集反射到双面反射镜的另一个反射面。滤光片、聚焦透镜和光谱检测仪器依次放置在双面反射镜另一个反射面反射光束的光路上，其中光谱检测仪器设置在聚焦透镜的焦平面上。信息处理显示单元与光谱检测仪器电连接，用来接收光电转换的信号。

所述的激光器为YAG激光器、固态激光器、染料激光器中的一种。

所述的激光倍频器为三倍频倍频器。

所述的单面反射镜为平面反射镜，双面反射镜为两个反射面都为平面的双面反射镜。

所述的凹面反射镜为中间带圆孔的凹面具有高反射率的凹面反射镜，中间的圆孔直径的大小等于光斑的直径。

所述的光谱检测仪器是光栅光谱仪、单色仪、CCD光谱仪的一种。

本发明一种检测空气中悬浮铅含量的装置的工作过程为：激光器发出的激光经倍频后，输出短波长的光束。光束经单面反射镜的反射，传播方向改变90°，入射到双面反射镜的一个反射面上，经反射镜的反射，方向改变90°；光束入射到样品中，样品在吸收激光光子后发出荧光。牛顿望远镜直接接收部分荧光，另有一部分荧光反射到凹面反射镜上，经凹面反射镜反射给牛顿望远镜，而透射的激光束从凹面反射镜的圆孔中透过，不会被凹面反射镜反射。牛顿望远镜收集到荧光，经双面反射镜的另一个反射面反射到滤光片，经过滤光片滤除短波，经聚焦透镜后，光线入射到光谱检测仪器中，由光谱检测仪器检出铅的特征谱线，转换成电信号送入信息处理显示单元，由此给出样品中铅的含量。

本发明中激光荧光光谱技术，这是成熟技术。本发明的发明点在于运用激光荧光光谱技术给出一个结构简单、操作方便的测铅装置，尤其是不需要原子化部件，从而节省了能源和材料。设计的光学系统，提高了对荧光的收集能力，因此提高了整个装置的探测能力。

与现有技术相比，本发明的优点：

1)测试系统的结构简单稳定，不需要原子化部件，操作简单，可以随便实现现场在位测量；

2)本发明在测量时只需要改变样品，而无需改变系统结构，无需加热和冷却装置，系统可靠性和稳定性高，可操作性强；

3)本发明采用前置小型的牛顿望远镜和凹面反射镜配合使用收集荧光，收集面积大，收集到的荧光光强要大很多。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种检测空气中悬浮铅含量的装置包括激光器1、激光倍频器2、单面反射镜3、双面反射镜4、凹面反射镜5、牛顿望远镜6、滤光片7、聚焦透镜8、光谱检测仪器9、信息处理显示单元10。激光器1、激光倍频器2和单面反射镜3依次放置在光源光束的出射光路上，单面反射镜3的反射面与光源光束的夹角为45°。双面反射镜4设置在经单面反射镜3反射光束的光路上，并且与单面反射镜3平行设置。牛顿望远镜6和凹面反射镜5分别设置在双面反射镜4的两侧，其中凹面反射镜5位于经双面反射镜4一个反射面反射光束的光路上，牛顿望远镜6接收一部分荧光，同时凹面反射镜5把收集到的荧光反射到牛顿望远镜6上，再经牛顿望远镜6的汇集反射到双面反射镜4的另一个反射面。滤光片7、聚焦透镜8和光谱检测仪器9依次放置在双面反射镜4另一个反射面反射光束的光路上，其中光谱检测仪器9设置在聚焦透镜8的焦平面上。信息处理显示单元10与光谱检测仪器9电连接，用来接收光电转换的信号。

信息处理显示单元10为计算机系统，光谱检测仪器9采用CCD光谱仪，聚焦透镜8为凸透镜，滤光片7为低通滤光片，牛顿望远镜6为直径25cm牛顿望远镜，凹面反射镜5为中间带圆孔的凹面反射镜，单面反射镜3为平面反射镜，倍频器2为三倍频器，激光器1为YAG激光器。

激光器1发出的激光经过激光倍频器2倍频后，输出短波长的光束。光束经单面反射镜3的反射，传播方向改变90°，入射到双面反射镜4的一个反射面上，经反射镜的反射，方向改变90°；光束入射到样品中，样品在吸收激光光子后发出荧光。牛顿望远镜6直接接收部分荧光，另有一部分荧光反射到凹面反射镜5上，经凹面反射镜5反射给牛顿望远镜6，而透射的激光束从凹面反射镜5的圆孔中透过，不会被凹面反射镜5反射。牛顿望远镜6收集到荧光，经双面反射镜4的另一个反射面反射到滤光片7，经过滤光片滤除短波，经聚焦透镜8后，光线入射到光谱检测仪器9中，由光谱检测仪器9检出铅的特征谱线，转换成电信号送入信息处理显示单元10，由此给出样品中铅的含量。本发明具有结构简单、操作方便、可重复性高等优点。

Claims (5)

1.一种检测空气中悬浮铅含量的装置，包括激光器、激光倍频器、单面反射镜、双面反射镜、凹面反射镜、牛顿望远镜、滤光片、聚焦透镜、光谱检测仪器、信息处理显示单元，其特征在于：激光器、激光倍频器和单面反射镜依次放置在光源光束的出射光路上，单面反射镜的反射面与光源光束的夹角为45°；双面反射镜设置在经单面反射镜反射光束的光路上，并且与单面反射镜平行设置；所述的凹面反射镜为中间带圆孔的凹面具有高反射率的凹面反射镜，中间的圆孔直径的大小等于光斑的直径，牛顿望远镜和凹面反射镜分别设置在双面反射镜的两侧，其中凹面反射镜位于经双面反射镜一个反射面反射光束的光路上，牛顿望远镜接收一部分荧光，同时凹面反射镜把收集到的荧光反射到牛顿望远镜上，再经牛顿望远镜的汇集反射到双面反射镜的另一个反射面；滤光片、聚焦透镜和光谱检测仪器依次放置在双面反射镜另一个反射面反射光束的光路上，其中光谱检测仪器设置在聚焦透镜的焦平面上；信息处理显示单元与光谱检测仪器电连接，用来接收光电转换的信号。

2.如权利要求1所述的一种检测空气中悬浮铅含量的装置，其特征在于：所述的激光器为YAG激光器、固态激光器、染料激光器中的一种。

3.如权利要求1所述的一种检测空气中悬浮铅含量的装置，其特征在于：所述的激光倍频器为三倍频倍频器。

4.如权利要求1所述的一种检测空气中悬浮铅含量的装置，其特征在于：所述的单面反射镜为平面反射镜，双面反射镜为两个反射面都为平面的双面反射镜。

5.如权利要求1所述的一种检测空气中悬浮铅含量的装置，其特征在于：所述的光谱检测仪器是光栅光谱仪、单色仪、CCD光谱仪的一种。

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