CN117686481A - 一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，属于气溶胶检测领域。装置包括：气溶胶进样单元，用于采集大气环境中的气溶胶并形成气溶胶束流；光镊单元，用于产生连续激光并垂直作用于气溶胶束流，以形成气溶胶单颗粒束流并产生分子光谱；激光激发单元，用于产生脉冲激光并垂直作用于气溶胶单颗粒束流，以产生颗粒等离子体光谱；OPO共振激发单元，用于产生波长可调谐的脉冲激光，其焦点与颗粒等离子体重合，共振增强原子和分子光谱信号；LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元，分别用于采集原子和分子光谱；控制单元，用于控制激光激发产生颗粒等离子体后，OPO激发颗粒等离子体产生共振信号，并采集气溶胶等离子体光谱信息。
Description
技术领域
本发明属于气溶胶检测技术领域，更具体地，涉及一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置。
背景技术
近年来，全球变暖现象日益严重，碳排放来源较多，要针对污染物实行精准防控。因此，碳排放的前端来源检测至关重要。目前大部分人的研究主要集中在CO2，而排名第二的黑碳气溶胶则研究较少。与CO2是短波透射的方式不同，黑碳气溶胶直接吸收光辐射，造成更严重的温室效应，因此黑碳气溶胶的危害更值得重视。传统光学检测方法需要滤膜长时间富集，且无法实现前端来源的快速原位检测，因此亟需一种快速、同位素溯源的黑炭气溶胶检测方法。目前，13C同位素和14C同位素是大气来源解析最准确手段之一，由于稳定13C同位素具有无放射性、无辐射、无污染的优势，广泛应用在环境溯源过程中。我们可以根据13C同位素的含量实现污染物来源，例如可以识别化石燃料的排放种类：燃煤、天然气和汽车尾气，从而通过13C同位素实现先定量后污染物分级。
现有的同位素检测手段主要为同位素质谱法，但这种方法不能实现原位快速检测。激光诱导击穿光谱(LIBS)一般被认为是一种通用的原位分析技术，被广泛用于火星探测、碳封存泄漏、卤素、同位素检测等场合。LIBS通过光谱的波长可以得到物质的元素种类信息，通过光谱的强度可以得到物质的含量信息。因此，发展可靠的气溶胶LIBS技术在同位素溯源领域具有重大应用前景。
针对LIBS可以实现快速同位素元素的快速检测，有学者提出使用压片采样的方式，对于CN分子谱，12CN和13CN由于Δ＝-1和Δ＝1的多一个振动量子数的变化，造成分子谱偏移量为0.6nm，大于LIBS光谱仪分辨率，验证了通过LIBS在气体中通过实现了碳同位素的测量的可行性(专利号：CN108303410A，专利名称：痕量元素及其同位素自动检测系统)，但实验中使用的是含量100％的13C同位素纯样，与实际样品中仅有10％的13C同位素差距很大，很难避免实际样品中存在的基体效应的严重干扰。此外，针对分子光谱信号弱、且振动和转动能级较多，谱线重叠较复杂且难以确定的难题，研究学者提出分子自由基共振激发的方法(专利号：CN108872161A；发明名称：一种同位素的激光探针分子共振激发检测方法)，通过待测元素与其他物质的化学反应来构造瞬态分子自由基作为共振激发目标激发粒子，从而通过分析该分子自由基的产生的荧光光谱来标定待测元素。通过OPO共振激发辅助LIBS增强了CN分子谱信号强度，成功分辨了12CN和13CN同位素峰位。但这种技术测量到的同位素信息是基于大量检测样品的统计平均结果，掩盖了待测样品(例如PM2.5)的尺寸、种类、组分等固有重要信息。同时定量检测时误差较大，分析指标还有很大的提升空间。
综上所述，在目前的LIBS气溶胶单颗粒同位素检测中，针对单颗粒气溶胶同位素检测的问题，尚未得出统一有效快速原位的溯源检测方案。大部分研究尝试从样品前处理角度出发，通过富集和共振激发等方式解决待测样品发光强度低的问题，却鲜有从气溶胶实时检测角度入手的研究。同时由于单粒子的信号极其微弱，难以检测，亟需提高其探测灵敏度。传统的Raman增强包括表面增强Raman和针尖增强Raman等，但这些方式要进行复杂的样品预处理，且需要针尖耦合，很难应用与现场快速检测。传统的LIBS增强手段包括空间约束、磁约束、微波(需要加电磁屏蔽干扰装置)等，不适用于单粒子LIBS-Raman级联系统中。因此，本发明旨在研究并开发一种新型的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，旨在解决现有的同位素检测装置需要预处理、灵敏度低、信号难以检出的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，包括：气溶胶进样单元、光镊单元、激光激发单元、OPO激光共振激发单元、LIBS旁轴信号采集单元、Raman同轴信号采集单元和控制单元；
所述气溶胶进样单元用于采集大气环境中的气溶胶并形成气溶胶束流；
所述光镊单元用于产生连续激光并垂直作用于所述气溶胶束流，以形成气溶胶单颗粒束流并产生分子光谱；
所述激光激发单元用于产生脉冲激光并垂直作用于所述气溶胶单颗粒束流，以产生颗粒等离子体光谱；
所述OPO共振激发单元用于产生波长可调谐的脉冲激光，其焦点与颗粒等离子体重合，共振增强原子和分子光谱信号；
所述LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元分别用于采集所述原子和分子光谱信号；
所述控制单元与所述激光激发单元、OPO共振激发单元、LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元连接，用于控制激光激发产生颗粒等离子体后，OPO共振激发颗粒等离子体产生共振信号，并采集气溶胶等离子体光谱信息。
进一步地，所述气溶胶进样单元包括无油空压机真空泵、Collision雾化瓶、分子筛干燥管和抽气泵；
所述无油空压机真空泵用于在Collision雾化瓶产生高强度的压力，通过高压将吸上来的溶液撞击在Collision雾化瓶壁面上，使溶液变为粒径为百纳米的气溶胶；所述分子筛干燥管用于去除气溶胶中的水分；所述抽气泵用于回收检测完的气溶胶残留气体。
进一步地，所述光镊单元包括连续激光器、扩束镜、二向色镜、显微物镜和第一平凹反射镜；
所述连续激光器用于产生连续激光；
所述扩束镜设置在所述连续激光的传播方向上，其镜面与连续激光光束垂直，用于将产生的连续激光直径变大；
所述二向色镜设置在所述连续激光的传播方向上，其镜面与连续激光光束呈45°夹角，用于反射连续激光到所述显微物镜表面；
所述显微物镜和第一平凹反射镜共同组成散射力和梯度力场，使气溶胶束流形成一个锥型的分布场，形成气溶胶单颗粒束流。
进一步地，所述连续激光器为单纵模连续激光器，二向色镜为长波通二向色镜，显微物镜为长工作距离显微物镜，第一平凹反射镜为镀有紫外增强铝膜的平凹反射镜。
进一步地，所述激光激发单元包括沿激光传播方向依次设置的脉冲激光器和第一激光聚焦透镜；所述脉冲激光器用于发射脉冲激光，所述脉冲激光的光轴与连续激光的光轴垂直，所述脉冲激光的焦点与光镊单元产生气溶胶单颗粒束的焦点重合。
进一步地，所述OPO共振激发单元包括沿激光传播方向依次设置的可调谐脉冲激光器和第二激光聚焦透镜；所述可调谐脉冲激光器用于发射波长可调谐的脉冲激光，所述OPO共振激发单元的光轴与激光激发单元的光轴平行，所述OPO共振激发单元的焦点与激光激发单元产生颗粒等离子体的焦点重合。
进一步地，所述Raman同轴信号采集单元包括沿光路依次设置的第一平凹反射镜、显微物镜、二向色镜、陷波滤波片、第一采集聚焦透镜和光谱仪；
所述显微物镜用于将所述光镊单元捕获气溶胶单颗粒的散射信号准直为平行光；所述第一平凹反射镜用于增强捕获气溶胶单颗粒的散射信号，其镜面与显微物镜激光传输方向垂直；所述二向色镜设置在准直光线的传播方向上，其镜面与准直光线呈45°夹角，用于滤掉瑞利散射光，透过气溶胶的拉曼散射信号；所述陷波滤波片用于消除激发激光的干扰；所述第一采集聚焦透镜用于将所述拉曼散射信号通过空间光直接耦合进入光谱仪中。
进一步地，所述LIBS旁轴信号采集单元包括：沿光路依次设置的第二平凹反射镜、准直透镜、第二采集聚焦透镜和信号收集光纤；
所述准直透镜用于将颗粒等离子体发射的光准直为平行光；所述第二平凹反射镜用于增强等离子体信号，其镜面与显微物镜激光传输方向平行；所述第二采集聚焦透镜用于将等离子体平行光信号聚焦进入信号收集光纤的纤芯端面。
进一步地，所述控制单元包括数字信号发生器和计算机，所述数字信号发生器与脉冲激光器连接，以触发其工作激发产生颗粒等离子体；所述数字信号发生器与可调谐脉冲激光器连接，用于共振颗粒等离子体进行信号增强；所述计算机与光谱仪连接，以读取光谱信号并进行分析，获得气溶胶单颗粒束流中待测元素的种类及含量。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明对气溶胶采样装置进行优化并引入光镊单元。液体溶液通过Collison雾化瓶将液体雾化成气溶胶输送进腔体；通过磁力搅拌将粉末样品扬起后，利用Collison雾化瓶将固体气溶胶粉末输送进比色皿中。腔内的气溶胶通过光镊单元形成稳定的气溶胶单颗粒束流，能够显著减弱探测信号的异常波动，明显提升监测装置的稳定性，与复杂的鞘气装置相比还具有结构简单的优势。
2.本发明在激光激发单元的基础上引入OPO共振激发单元。LIBS-LIF共振增强，针对共振荧光饱和效应制约，选用下能级为基态，且能级简并度与跃迁几率较大的激发线、增大等离子体体积、制造低温高密度等离子体等以提高荧光饱和阈值。对目标元素采用波长可调谐激光在宽光谱范围内进行波长连续的智能扫描共振激发，使得共振激光光子对多元素基态粒子的受激吸收跃迁依次匹配，实现宽光谱范围内多元素的高灵敏同时探测。
3.本发明提出对单粒子进行多光谱融合探测。针对目前LIBS仅通过光谱信号进行元素探测的单一方式的局限，本发明通过对样品进行光学智能扫描激发，同时捕获激光诱导待测组分发生多光子离子化产生的带电粒子，联合多光谱技术，提取特征波长下共振增强多光子离子化的光谱信息，获得其分子结构信息。从而实现LIBS原子信息和Raman分子信息的相互补充和相互印证，形成元素组分和分子结构协同探测，达到原位快速的单颗粒溯源目标。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-无油空压机真空泵，2-Collision雾化瓶，3-分子筛干燥管，4-抽气泵，5-连续激光器，6-扩束镜，7-二向色镜，8-显微物镜，9-第一平凹反射镜，10-陷波滤波片，11-第一采集聚焦透镜，12-光谱仪，13-可调谐脉冲激光器，14-第二激光聚焦透镜，15-脉冲激光器，16-第一激光聚焦透镜，17-准直透镜，18-第二采集聚焦透镜，19-第二平凹反射镜，20-信号收集光纤，21-控制单元。
图2为本发明实施例提供的一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测方法。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
如图1所示，本发明提供了一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，该检测装置包括气溶胶进样单元、光镊单元、激光激发单元、OPO激光共振激发单元、LIBS旁轴信号采集单元、Raman同轴信号采集单元和控制单元，其中：
气溶胶进样单元用于采集大气环境中的气溶胶并形成气溶胶束流；
光镊单元用于产生连续激光并垂直作用于气溶胶束流，以形成气溶胶单颗粒束流并产生分子光谱；
激光激发单元用于产生脉冲激光并垂直作用于气溶胶单颗粒束流，以产生颗粒等离子体光谱；
OPO共振激发单元用于产生波长可调谐的脉冲激光，其焦点与颗粒等离子体重合，共振增强原子和分子光谱信号；
LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元分别用于采集原子和分子光谱信号；
控制单元与激光激发单元、OPO共振激发单元、LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元连接，用于控制控制激光激发产生颗粒等离子体后，OPO共振激发颗粒等离子体产生共振信号，并采集气溶胶等离子体光谱信息。
以下对装置中各单元进行详细说明。
气溶胶进样单元包括无油空压机真空泵1、Collision雾化瓶2、分子筛干燥管3和抽气泵4；无油空压机真空泵1用于在Collision雾化瓶2产生高强度的压力，通过高压将吸上来的溶液撞击在Collision雾化瓶2壁面上，使溶液变为粒径为百纳米的气溶胶；分子筛干燥管3用于去除气溶胶中的水分；抽气泵4用于回收检测完的气溶胶残留气体。
光镊单元包括连续激光器5、扩束镜6、二向色镜7、显微物镜8和第一平凹反射镜9。连续激光器5用于产生连续激光；扩束镜6设置在连续激光的传播方向上，其镜面与连续激光光束垂直，用于将产生的连续激光直径变大，增加捕获激光的梯度力；二向色镜7设置在连续激光的传播方向上，其镜面与连续激光光束呈45°夹角，用于反射连续激光到显微物镜8表面；显微物镜8和第一平凹反射镜9共同组成散射力和梯度力场，使气溶胶束流形成一个锥型的分布场，形成气溶胶单颗粒束流。
激光激发单元包括沿激光传播方向依次设置的脉冲激光器15和第一激光聚焦透镜16；脉冲激光器15用于发射脉冲激光，脉冲激光的光轴与连续激光的光轴垂直，脉冲激光的焦点与光镊单元产生气溶胶单颗粒束的焦点重合，以对其进行烧蚀并产生颗粒等离子体。
OPO共振激发单元包括沿激光传播方向依次设置的可调谐脉冲激光器13和第二激光聚焦透镜14；可调谐脉冲激光器13用于发射波长可调谐的脉冲激光，OPO共振激发单元的光轴与激光激发单元的光轴平行，OPO共振激发单元的焦点与激光激发单元产生颗粒等离子体的焦点重合，以对其进行共振激发并产生寿命更长的等离子体，从而实现共振信号增强。
Raman同轴信号采集单元包括沿光路依次设置的第一平凹反射镜9、显微物镜8、二向色镜7、陷波滤波片10、第一采集聚焦透镜11和光谱仪12；显微物镜8用于将光镊单元捕获气溶胶单颗粒的散射信号准直为平行光；第一平凹反射镜9用于增强捕获气溶胶单颗粒的散射信号，其镜面与显微物镜8激光传输方向垂直；二向色镜7设置在准直光线的传播方向上，其镜面与准直光线呈45°夹角，用于滤掉瑞利散射光，透过气溶胶的拉曼散射信号；陷波滤波片10用于消除激发激光的干扰；第一采集聚焦透镜11用于将拉曼散射信号通过空间光直接耦合进入光谱仪12中。
LIBS旁轴信号采集单元包括：沿光路依次设置的第二平凹反射镜19、准直透镜17、第二采集聚焦透镜18和信号收集光纤20；准直透镜17用于将颗粒等离子体发射的光准直为平行光；第二平凹反射镜19用于增强等离子体信号，其镜面与显微物镜8激光传输方向平行；第二采集聚焦透镜18用于将等离子体平行光信号聚焦进入信号收集光纤20的纤芯端面。产生的LIBS原子信息通过光纤传输进入光谱仪12，光谱仪12用以获取气溶胶单颗粒中待测元素的种类及含量，进而实现气溶胶单颗粒在线检测。
控制单元21包括数字信号发生器和计算机，数字信号发生器与脉冲激光器15连接，以触发其工作产生颗粒等离子体；数字信号发生器与可调谐脉冲激光器13连接，用于共振颗粒等离子体进行信号增强；计算机与光谱仪12连接，以读取光谱信号并进行分析，获得气溶胶单颗粒束流中待测元素的种类及含量。优选地，控制单元21为数字信号发生器DG645，用于控制OPO激光与激发激光之间的时间延迟，用于共振增强颗粒等离子体。
优选地，脉冲激光器15为高能量Nd:YAG纳秒脉冲调Q激光器；连续激光器5为单纵模连续激光器；可调谐脉冲激光器为波长连续可调谐高能量脉冲激光器；第一激光聚焦透镜16和第二激光聚焦透镜14为镀有激光增透膜的非球面平凸透镜；第一平凹反射镜9和第二平凹反射镜19为镀有紫外增强铝膜的平凹反射镜；二向色镜7为长波通二向色镜，工作波长范围为紫外到近红外波段，用于反射入射激光的杂散光，透射等离子体多维光谱信息；陷波滤光片10为隔离连续激光的散射光；信号收集光纤20的入射端面为19根200μm光纤按圆状排列组合，出射端面为1×19的长条型排列，使采集的信号更强。
如图2所示，利用本发明所提供的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置具体检测方法为：首先，打开连续激光器5形成光镊捕获装置；然后启动气溶胶进样单元，无油空压机真空泵1将Collision雾化瓶2中的液体雾化后形成气溶胶，抽气泵4一直工作使经过毛细管传输形成气溶胶束流，在光镊单元作用下形成气溶胶单颗粒束流；接着打开激光激发单元，击穿气溶胶单颗粒束流产生颗粒等离子体；再利用控制单元21打开OPO共振激发单元，用于诱导共振荧光激发颗粒等离子体，从而电离产生原子和分子光谱信号。通过LIBS旁轴信号采集单元得到待测物质的元素组成；通过Raman同轴信号采集单元得到待测物质的分子组成。最后通过高分辨率光谱仪得到物质的气溶胶单粒子所含同位素的含量信息。
在本发明的优选实施例中，显微物镜8的数值孔径NA高于0.5且工作距离高于9mm；第一平凹反射镜9与第二平凹反射镜19的焦距F＝-25mm，内壁镀有紫外增强铝膜；二向色镜7为长波通二向色镜，其在短波区高反射率，在长波区高透射率；陷波滤波片10隔离的波段位于连续激光波长，带宽外的透过率为90％，直径25.4mm；准直透镜17为镀有紫外增透膜的双凸透镜，直径25.4mm，焦距50mm；第一采集聚焦透镜11与第二采集聚焦透镜18为镀有紫外增透膜的双凸透镜，直径25.4mm，焦距150mm；光谱仪12的分辨率小于0.01nm，F数大于7.5；ICCD的量子效率应高于10％。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，包括：气溶胶进样单元、光镊单元、激光激发单元、OPO激光共振激发单元、LIBS旁轴信号采集单元、Raman同轴信号采集单元和控制单元；
所述气溶胶进样单元用于采集大气环境中的气溶胶并形成气溶胶束流；
所述光镊单元用于产生连续激光并垂直作用于所述气溶胶束流，以形成气溶胶单颗粒束流并产生分子光谱；
所述激光激发单元用于产生脉冲激光并垂直作用于所述气溶胶单颗粒束流，以产生颗粒等离子体光谱；
所述OPO共振激发单元用于产生波长可调谐的脉冲激光，其焦点与颗粒等离子体重合，共振增强原子和分子光谱信号；
所述LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元分别用于采集所述原子和分子光谱信号；
所述控制单元与所述激光激发单元、OPO共振激发单元、LIBS旁轴信号采集单元和Raman同轴信号采集单元连接，用于控制激光激发产生颗粒等离子体，随后OPO共振激发颗粒等离子体产生共振信号，并采集气溶胶等离子体光谱信息。
2.根据权利要求1所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述气溶胶进样单元包括无油空压机真空泵(1)、Collision雾化瓶(2)、分子筛干燥管(3)和抽气泵(4)；
所述无油空压机真空泵(1)用于在Collision雾化瓶(2)产生高强度的压力，通过高压将吸上来的溶液撞击在Collision雾化瓶(2)壁面上，使溶液变为粒径为百纳米的气溶胶；所述分子筛干燥管(3)用于去除气溶胶中的水分；所述抽气泵(4)用于回收检测完的气溶胶残留气体。
3.根据权利要求1所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述光镊单元包括连续激光器(5)、扩束镜(6)、二向色镜(7)、显微物镜(8)和第一平凹反射镜(9)；
所述连续激光器(5)用于产生连续激光；
所述扩束镜(6)设置在所述连续激光的传播方向上，其镜面与连续激光光束垂直，用于将产生的连续激光直径变大；
所述二向色镜(7)设置在所述连续激光的传播方向上，其镜面与连续激光光束呈45°夹角，用于反射连续激光到所述显微物镜(8)表面；
所述显微物镜(8)和第一平凹反射镜(9)共同组成散射力和梯度力场，使气溶胶束流形成一个锥型的分布场，形成气溶胶单颗粒束流。
4.根据权利要求3所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述连续激光器(5)为单纵模连续激光器，二向色镜(7)为长波通二向色镜，显微物镜(8)为长工作距离显微物镜，第一平凹反射镜(9)为镀有紫外增强铝膜的平凹反射镜。
5.根据权利要求1所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述激光激发单元包括沿激光传播方向依次设置的脉冲激光器(15)和第一激光聚焦透镜(16)；所述脉冲激光器(15)用于发射脉冲激光，所述脉冲激光的光轴与连续激光的光轴垂直，所述脉冲激光的焦点与光镊单元产生气溶胶单颗粒束的焦点重合。
6.根据权利要求5所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述OPO共振激发单元包括沿激光传播方向依次设置的可调谐脉冲激光器(13)和第二激光聚焦透镜(14)；所述可调谐脉冲激光器(13)用于发射波长可调谐的脉冲激光，所述OPO共振激发单元的光轴与激光激发单元的光轴平行，所述OPO共振激发单元的焦点与激光激发单元产生颗粒等离子体的焦点重合。
7.根据权利要求1所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述Raman同轴信号采集单元包括沿光路依次设置的第一平凹反射镜(9)、显微物镜(8)、二向色镜(7)、陷波滤波片(10)、第一采集聚焦透镜(11)和光谱仪(12)；
所述显微物镜(8)用于将所述光镊单元捕获气溶胶单颗粒的散射信号准直为平行光；所述第一平凹反射镜(9)用于增强捕获气溶胶单颗粒的散射信号，其镜面与显微物镜(8)激光传输方向垂直；所述二向色镜(7)设置在准直光线的传播方向上，其镜面与准直光线呈45°夹角，用于滤掉瑞利散射光，透过气溶胶的拉曼散射信号；所述陷波滤波片(10)用于消除激发激光的干扰；所述第一采集聚焦透镜(11)用于将所述拉曼散射信号通过空间光直接耦合进入光谱仪(12)中。
8.根据权利要求7所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述LIBS旁轴信号采集单元包括：沿光路依次设置的第二平凹反射镜(19)、准直透镜(17)、第二采集聚焦透镜(18)和信号收集光纤(20)；
所述准直透镜(17)用于将颗粒等离子体发射的光准直为平行光；所述第二平凹反射镜(19)用于增强等离子体信号，其镜面与显微物镜(8)激光传输方向平行；所述第二采集聚焦透镜(18)用于将等离子体平行光信号聚焦进入信号收集光纤(20)的纤芯端面。
9.根据权利要求1所述的基于激光多光谱的气溶胶同位素单颗粒探测装置，其特征在于，所述控制单元(21)包括数字信号发生器和计算机，所述数字信号发生器与脉冲激光器(15)连接，以触发其工作激发产生颗粒等离子体；所述数字信号发生器与可调谐脉冲激光器(13)连接，用于共振颗粒等离子体进行信号增强；所述计算机与光谱仪(12)连接，以读取光谱信号并进行分析，获得气溶胶单颗粒束流中待测元素的种类及含量。
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