CN201429568Y - 多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置 - Google Patents

多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置 Download PDF

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周伦彬
蔡永洪
王自鑫
陆林轩
周建英
李润华
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South China University of Technology SCUT
Sun Yat Sen University
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South China University of Technology SCUT
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Abstract

本实用新型公开了一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，该装置包括激光器、待测品放置位、光传输部件、单色仪及信号处理装置，激光器朝向待测品放置位，在单色仪上设有入射狭缝及出射狭缝，在出射狭缝处设有光电转换元件，光电转换元件与信号处理装置电气连接；其中，设于所述单色仪末端的所述出射狭缝为至少两个，在该至少两个出射狭缝处均设有所述光电转换元件，各光电转换元件均与所述信号处理装置电气连接。本实用新型可以对至少两种元素进行检测，检测速度快，且检测装置的成本低。

Description

多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置
技术领域
本实用新型涉及一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置。
背景技术
工农业产品或环境中重金属元素(如铅、汞、镉、铬、铜、锰……)已严重影响人类的身体健康，少量的铅、汞、镉或铬即可引起急性中毒。医学证明，口服2-3克的铅可致中毒，50克可致死。而微量的重金属如果在体内长期积累，亦可引起慢性中毒，导致器官功能衰退和免疫系统紊乱。所以，欧盟早就所有电子类产品中的铅、铬、镉和汞四种重金属元素的浓度做出了规定，即ROHS标准，其中规定铅、汞和正六价铬浓度不得超过1000ppm，镉浓度不得超过100ppm。
目前用于定量检测微量重金属的技术手段主要有X射线荧光分析法，原子吸收光谱技术和电感耦合等离子体原子发射光谱技术。其中X射线荧光分析法可以实现快速检测，但是其灵敏度较低；原子吸收光谱技术和电感耦合等离子体原子发射光谱技术的检测精度高、稳定性好，但是由于设备昂贵，待测品前处理费时，一般需要数天，难以大量应用。
激光诱导击穿光谱技术是一种新型的光谱检测手段，它广泛应用于环境污染监测、工业产品检测、食品质量检测和考古分析等领域中，例如对土壤、水体、合金、水果蔬菜、颜料、古董文物等进行元素分析。它具有简单快速、无需待测品预处理、对待测品损伤小和适应范围广、便于远程操控等优点，特别是其无需待测品前处理的特点具有很大的优势。
激光诱导击穿光谱技术的原理：激光诱导击穿光谱作为一种检测技术，其原理是将脉冲激光聚焦到待测品表面，待测品中的原子由于吸收光子能量和电子原子碰撞的效应，产生了“击穿”效应而形成高温等离子体，这个过程中部分原子或离子跃迁到高能量态；当激光脉冲结束之后，等离子体迅速冷却，此时处于高能量态的原子或离子由于跃迁回到基态而辐射出特征光谱。通过研究这个光谱可以对待测品中所含的元素进行定性或定量分析。
激光诱导击穿光谱的原子辐射光是非常微弱的，经过光栅或棱镜分光之后展开的光谱无法使用普通的透镜来采集，因为其灵敏度不够。目前国内外采集激光诱导击穿光谱主要使用两种手段：第一，使用多通道倍增成像仪来采集光谱，这样就能够一次性将整个光谱采集下来，实现多元素一次性检测，但缺点是多通道倍增成像仪价格昂贵，而且需要配备相关的液氮制冷系统，对于一般实验室或生产机构难以承担；第二，使用光电倍增管单通道采集，这种方法必须在光栅分光光谱的出射端加一个狭缝(即成为单色仪)，每次只能采集一个波长的光强，而要把检测多个元素的话，则需要转动光栅以改变输出波长，所以无法实现多元素同时采集。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置。本实用新型可以对至少两种元素进行检测，检测速度快，且检测装置的成本低。
其技术方案如下：
一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，包括激光器、待测品放置位、光传输部件、单色仪及信号处理装置，激光器朝向待测品放置位，在单色仪上设有入射狭缝及出射狭缝，在出射狭缝处设有光电转换元件，光电转换元件与信号处理装置电气连接；设于所述单色仪末端的所述出射狭缝为至少两个，在该至少两个出射狭缝处均设有所述光电转换元件，各光电转换元件均与所述信号处理装置电气连接。
所述光电转换元件为光电倍增管。
在所述激光器与所述待测品放置位之间设有凸透镜，所述光传输部件为光纤。
所述待测品放置位为二维移动平台，即待测品放置台可以产生轻微移动，避免由于激光照射过久而形成孔洞，进而影响等离子体的射出。
所述分色仪还包括第一凹透镜、第二凹透镜、反色镜及光栅，从入射狭缝射入的光线依次经反射镜、第一凹透镜、光栅及第二凹透镜后，再经所述出射狭缝传出。
所述信号处理装置包括模数采集模块及计算机，模数采集模块与计算机电气连接，所述两个光电转换元件与模数采集模块电气连接。
所述出射狭缝及光电倍增管均为四个。
在所述待测品放置位旁侧还设有光电触发开关，该光电触发开关与所述信号处理装置电气连接。当激光器将激光照射到待测品时，光电触发开关给模数采集模块发出一个同步信号，以使模数采集模块与激光器同步。
采用本实用新型所述检测装置后，所用的检测方法包括如下步骤：
A、激光器输出激光经凸透镜聚焦后照射到待测品上，待测品内元素分解的同时向外发射光线；
B、从待测品传出的发射光线经光纤传入单色仪的入射狭缝，再依次经过反射镜反射、第一凹透镜将发射光线准则为平行光，平行光经光栅偏振，再由第二凹透镜聚焦，聚焦的光线分别射入四个出射狭缝内；
C、四个出射狭缝处的光电转换元件分别将该处的光线转换为电信号，再由信号处理装置同时对各个信号进行处理。
综上所述，本实用新型的优点是：本实用新型在单色仪上设有四个出射狭缝，分别对应铅、铬、镉和汞四种重金属元素的波长，在检测时，可以一次性的对待测品中的四种重金属元素进行检测分析，分析速度大为提高，同时检测装置的成本低。
附图说明
图1是本实用新型所述检测装置的示意图；
图2是图1中，单色仪的局部放大图；
附图标记说明：
1、激光器，2、待测品放置位，3、单色仪，4、模数采集模块，5、计算机，6、待测品，7、凸透镜，8、第一凹透镜，9、第二凹透镜，10、反射镜，11、光栅，12、光电触发开关，13、入射狭缝，14、第一出射狭缝，15、第二出射狭缝，16、第三出射狭缝，17、第四出射狭缝，18、第一光电倍增管，19、第二光电倍增管，20、第三光电倍增管，21、第四光电倍增管，22、光纤。
具体实施方式
如图1至图2所示，一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，包括激光器1、待测品放置位2、光传输部件、单色仪3及信号处理装置，激光器1朝向待测品放置位2，在单色仪3上设有入射狭缝13及出射狭缝，在出射狭缝处设有光电转换元件，光电转换元件与信号处理装置电气连接；设于所述单色仪3末端的所述出射狭缝为至少两个，在该至少两个出射狭缝处均设有所述光电转换元件，各光电转换元件均与所述信号处理装置电气连接。
其中，所述出射狭缝为四个(第一出射狭缝14、第二出射狭缝15、第三出射狭缝16、第四出射狭缝17)，四个出射狭缝处分别设有四个光电转换元件为光电倍增管(第一光电倍增管18、第二光电倍增管19、第三光电倍增管20、第四光电倍增管21)。
所述待测品放置位2为二维移动平台，在所述激光器1与所述待测品放置位2之间设有凸透镜7，所述光传输部件为光纤22；所述分色仪还包括第一凹透镜8、第二凹透镜9、反色镜及光栅11，从入射狭缝射入的光线依次经反射镜10、第一凹透镜8、光栅11及第二凹透镜9后，再分别经四个出射狭缝传出，。所述信号处理装置包括模数采集模块4及计算机5，模数采集模块4与计算机5电气连接，所述两个光电转换元件与模数采集模块4电气连接。待测品放置位2旁侧还设有光电触发开关12，该光电触发开关12与模数采集模块4电气连接。
采用本实施例后，其检测方法包括如下步骤：
A、激光器1输出激光经凸透镜7聚焦后照射到待测品6上，待测品6内元素分解的同时向外发射光线；
B、从待测品6传出的发射光线经光纤22传入单色仪3的入射狭缝，再依次经过反射镜10反射、第一凹透镜8将发射光线准则为平行光，平行光经光栅11偏振，再由第二凹透镜9聚焦，聚焦的光线分别射入四个出射狭缝内；
C、四个出射狭缝处的光电转换元件分别将该处的光线转换为电信号，再由信号处理装置同时对各个信号进行处理。
综上所述，本实施例的优点是：在单色仪3上设有四个出射狭缝，分别对应铅、铬、镉和汞四种重金属元素的波长，在检测时，可以一次性的对待测品6中的四种重金属元素进行检测分析，分析速度大为提高，同时检测装置的成本低。
以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不以此限定本实用新型的保护范围；在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1、一种多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，包括激光器、待测品放置位、光传输部件、单色仪及信号处理装置，激光器朝向待测品放置位，在单色仪上设有入射狭缝及出射狭缝，在出射狭缝处设有光电转换元件，光电转换元件与信号处理装置电气连接；其特征在于，设于所述单色仪末端的所述出射狭缝为至少两个，在该至少两个出射狭缝处均设有所述光电转换元件，各光电转换元件均与所述信号处理装置电气连接。
2、如权利要求1所述多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，其特征在于，所述光电转换元件为光电倍增管。
3、如权利要求1所述多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，其特征在于，在所述激光器与所述待测品放置位之间设有凸透镜，所述光传输部件为光纤。
4、如权利要求1至3中任一项所述多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，其特征在于，所述待测品放置位为二维移动平台。
5、如权利要求1至3中任一项所述多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，其特征在于，所述分色仪还包括第一凹透镜、第二凹透镜、反色镜及光栅，从入射狭缝射入的光线依次经反射镜、第一凹透镜、光栅及第二凹透镜后，再分别经所述出射狭缝传出。
6、如权利要求1至3中任一项所述多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，其特征在于，所述信号处理装置包括模数采集模块及计算机，模数采集模块与计算机电气连接，所述两个光电转换元件与模数采集模块电气连接。
7、如权利要求1至3中任一项所述多通道的激光诱导击穿光谱的快速检测装置，其特征在于，所述出射狭缝及光电倍增管均为四个。
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