CN104931462A - 混合光源聚焦增强等离子检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合光源聚焦增强等离子检测系统，将聚焦补光与激光等离子体激发检测结合使用，在元素和物质成分含量检测方便有着独特优势。本发明的混合光源聚焦增强等离子检测系统为一可单独完成元素和物质成分含量检测系统，该检测系统主要由混合光源模块、光学聚焦模块、样品模块、控制模块、探测模块、逻辑模块和显示模块组成；逻辑控制模块连接控制模块、探测模块和显示模块，控制模块实现对混合光源模块与探测模块操控，混合光源模块通过光学聚焦模块完成光对样品模块工作，探测模块采集样品模块信息传送给逻辑模块。本发明的等离子体检测系统具有比传统更好的探测精度和更低的探测下限，可以实现对样品的零预处理。

Description

混合光源聚焦增强等离子检测系统

技术领域

本发明属于检测系统，具体涉及一种通过混合光源聚焦实现增强等离子体检测的检测系统。

背景技术

等离子体检测，是通过测量物质表面诱导等离子体光谱是近几年逐渐兴起的一种光谱检测技术，它是原子发射光谱的一种。到目前为止，等离子体技术是所知的唯一能够在任何环境下检测所有元素的光谱的技术；同时也可检测各种处于固体、液体、粉末、气体形式的样品形式。同时等离子体检测技术还有测量速度快、可远程非接触测量、系统结构组成简单等很多优点。基于等离子体检测技术很多的优点和通用性，有人称之为“万能”的检测技术。

同时它不需要对样品进行预处理、可以多元素同时分析、装置简单、灵敏度高且破坏性小，因其独特的优势现已经被应用与冶金、环境、考古、地址、医学等诸多领域。

但是传统等离子体检测存在一定问题，例如检测下限不足够低，导致很多元素含量的最低检出值高于国家标准规定值，这样给等离子体检测的全面推广向食品安全与环境检测增加了难度。通过本发明可以很大程度降低检测下限，使得更多检测满足对应国家规定标准。

混合光源聚焦增强等离子体检测系统具有突出特点：(1)、更低的检测下限，最大程度的满足不同行业使用需求，可以检测出对应国家标准规定数值；(2)、更强的物质表面等离子体诱导，相对于传统知识单一使用激光诱导，本发明加入一定波长范围荧光诱导；(3)、独特聚焦设计，通过独特聚焦系统设计，不仅让激光光源具有高质量的聚焦光斑，也让补光有强的聚焦能量，实现等离子体的二次激发；(4)、增强适用广，由于补光是具有一定波长范围的，基本上适用于所有常见金属元素。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种混合光源聚焦增强等离子体检测系统，该检测系统能够更好的检测出物质中元素种类，并且具有更低的检测下限；它具有零样品预处理、零耗材需求、零损伤等突出特点。

为达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种混合光源聚焦增强等离子体检测系统，它可以独立完成检验工作，无需其它设备辅助，检测系统由光源模块、光学聚焦模块、样品模块、控制模块、探测模块、逻辑模块和显示模块组成；

光源模块是由激光与补光共同组成，激光的波长可以是1064、532、355、266、213或193nm，补光波长范围为150-500nm；两个光源分时复用，通过控制器控制，激光先于补光出发，随即补光出光。光源模块的光束经过光学聚焦模块后，分别成成各自的焦点，激光的焦点略低于荧光焦点1-5mm，补光焦点在激光焦点之上，两束光同轴。

探测模块受控制模块控制，探测模块在光源模块发出光之后一定时间进行采集信号，采集的信号传输到逻辑模块，逻辑模块计算出对应物质所含元素种类与含量，同时逻辑模块还需要向控制模块发出指令，使得控制模块执行对应控制信息，因为不同物质所需控制指令不同，这样才能实现最优检测，达到最低检测下限。

在其中一些实施例中，所述光学聚焦模块使用棱镜组、双聚焦镜与复合非球面镜实现对光源模块的聚焦、光学整形和同轴。

一种采用上述混合光源聚焦增强等离子体检测系统实现检测.包括以下步骤：

①、逻辑模块给出对应指令发送到控制模块，将检测物质放置杨平模块对应位置上面，控制模块根据指令，分别给光源模块与探测模块指令；

②、光源模块接到指令后激光光源先出光，随即补光出光，两光源分时发光，通过聚焦系统，激光聚焦在检测物质表面，诱导出等离子体，而补光聚焦在等离子上，使得等离子二次激发；

③、当等离子体二次激发时候，探测模块通过探测模块光纤探头前段的耦合部分，进行信号采集，采集完毕后将信号传输到逻辑模块，逻辑模块处理得出结果在显示模块上面呈现，完成整个检测过程。

本发明改善了传统等离子检测：

1、检测下限高，许多检测不能检测到国家标准规定数值；

2、更强的检测物质表面等离子诱导，采用补光的二次激发；

3、聚焦功能单一，只能针对激光进行聚焦；

4、增强试用广，检测增强效果适用于几乎所有常见金属，而传统只是针对某一种金属。

由于混合光源聚焦增强等离子检测系统具有样品零预处理、零耗材需求和零损伤等显著特点，又较传统等离子检测具有更低的探测下限与适用的广泛性，几乎所有金属元素含量都可以直接检测。

附图说明

图1所示本发明结构图；

图2所示实施例的光学聚焦模块结构图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下通过实施例对本发明做进一步的阐述。

本发明提出来了等离子检测系统的一种设计方案，提供了更低检测物质中元素含量方法。

本发明实例的结构图参见附图1，光学聚焦模块内部结构图参见附图2.

本发明专利主要由光源模块(1)、光学聚焦模块(2)、样品模块(3)、控制模块(4)、探测模块(5)、逻辑模块(6)和显示模块(7)七部分组成。

本专利对中对光源模块(1)与探测模块(5)是通过控制模块(4)实现分时控制协作完成对应功能的，控制模块(4)根据逻辑模块(6)给出的对应指令，设定出控制光源模块(1)出光和探测模块(5)采集之间的延时。

其次探测模块(5)通过光纤探头前端聚焦可以更有效的采集等离子信号，传输到逻辑模块(6)，以便更准确完成后面运算和结果输出。

本发明在使用过程中，可以直接将检测样品固定到样品模块(3)中对应位置(固态、液态均可以直接固定，气态富集后可直接固定)，无需预处理，特别是通过化学试剂的预处理。

光学聚焦模块(2)在整个等离子检测系统中是不可或缺的一部分，它负责获得更高光束质量和能量密度的激光与补光，这样有益于检测物质表面等离子体更有效的诱发。

在检测物质过程中，设定好对应检测项目与信息，启动检测，短短几秒就可以直接显示出检测结果，无需传统化学检测的充分反应等待时间。实现了多种元素同时、即刻检测。

在一些应用实例中，可以将中草药、粮食或水果等农作物直接放置在样品模块(3)中，然后通过逻辑模块(6)设定对应参数，启动检测，随即可以得到这些农作物所含金属种类与含量。

本发明优点：

1、更低的检测下限，最大程度的满足不同行业使用需求，可以检测出对应国家标准规定数值；

2、更强的物质表面等离子体诱导，相对于传统知识单一使用激光诱导，本发明加入一定波长范围荧光诱导；

3、独特聚焦设计，通过独特聚焦系统设计，不仅让激光光源具有高质量的聚焦光斑，也让补光有强的聚焦能量，实现等离子体的二次激发；

4、增强适用广，由于补光是具有一定波长范围的，基本上适用于所有常见金属元素。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种混合光源聚焦增强等离子检测系统，其特征在于，所述等离子体检测系统由混合光源模块(1)、光学聚焦模块(2)、样品模块(3)、控制模块(4)、探测模块(5)、逻辑模块(6)和显示模块组成(7)组成；

所述混合光源模块(1)是由激光和荧光共同组成，通过控制模块(4)实现两光束分时间隔使用，但间隔时间很短在0.1ns至9us之间，因为测量不同样品需求不同，故设计为连续可调时间间隔；

所述光学聚焦模块(2)实现混合光源模块(1)中两光束的分别聚焦，且聚焦后变为同轴光路，实现高能量密度照射在样品模块(3)上面；所述控制模块(4)实现对两光束分时控制与探测模块(5)对信号的采集，因整个信号持续时间极短，所以要求控制模块(4)可控时间精度要达到10ns以内；

所述模块(3)实现对检测样品的固定与夹持，保证检测的准确性，探测模块(5)实现对信号采集，为增强信号强度和使用方便，通过聚焦的光纤探头实现对信号采集；

所述逻辑模块(6)实现对整个系统的协调与正常工作，且完成相应检测结果输出到显示模块(7)，同时会将所检测数据依据设定规则进行存储。

所述光学聚焦模块(2)通过棱镜组、双聚焦镜与复合非球面镜实现混合光源模块(1)中两种不同光的聚焦和同轴，结构图为图2。

2.根据权利要求1所述的混合光源聚焦增强等离子检测系统，其特征在于混合光源模块(1)中的激光部分波长为1064、532、355、266、213或193nm，而荧光波长范围为150-500nm。

3.根据权利要求1所述的混合光源聚焦增强等离子检测系统，其特征在于，所述光学聚焦模块(2)，采用棱镜组、双聚焦镜与复合非球面镜实现对混合光源模块(1)发出的光进行聚焦于同轴，实现激光和补光聚焦成高能量密度的小点，但两种光聚焦的焦距不同，激光聚焦的焦点略下一点，补光的焦点略高于激光的焦点，这样实现了激光通过聚焦在物质表面激发出等离子体团，随后补光聚焦在激发出的等离子体团上面，形成等离子体的二次激发，实现等离子体信号增强。

4.根据权利要求1所述的混合光源聚焦增强等离子检测系统，其特征在于，所述探测模块(5)通过光纤传输且在光纤探测端加有聚光耦合光学器件，实现最大程度对等离子体信号的采集。

5.一种采用权利要求1～4任一项所述混合光源聚焦增强等离子检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

①、逻辑模块(6)处理探测模块(5)采集数据，处理之后传输到显示模块(7)，最终呈现检测结果，与此同此逻辑模块(6)还负责对控制模块(4)发出指令，协同完成检测；

②、当本发明进行检测时，控制模块(4)接收到逻辑模块(6)的对应质量分别控制光源模块(1)和探测模块(5)，在检测过程中，光源模块(1)中的光源是分时输出激光与补光，探测模块(5)在设定延时后采集等离子体信号；

③、当本发明进行检测前，将检测样品固定在样品模块(3)上面，该模块保证了待检测样品的相对位置唯一性，这样进行标定后，可以保证被检测样品物质含量的准确性；

④、光学聚焦模块(2)保证了激发被检测物质表面产生等离子体所需求能量，并且紧凑的结构设计，复合非球面镜的使用保证了补光最大程度的使用率，可以更好的将等离子体信号增强，与此同时减小了体积、增加了系统稳定性。