CN203705342U - 一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置，包括由YAG激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、平台和数据分析单元，其特征在于所述的等离子体光谱检测装置设有一个能产生交变磁场的电路组成的信号增强单元。该信号增强单元在制作上成本较低、有很好的实用性。该装置利用交变电流产生的交变磁场，通过大小和方向不断连续变化的磁场约束激光等离子体，能够有效的提高激光等离子体的辐射光谱强度。相对于传统LIBS技术有更强的信号强度、更低的样品检出限和更高的稳定性等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于光谱检测领域，涉及一种激光诱导增强等离子体光谱检测技术。尤其涉及到一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置。
背景技术
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种近年来发展迅速的原子光谱分析技术。这种技术，由于允许快速、多元素实时在线检测以及无需样品的制备，已经应用于固体、液体和气体环境中微量污染物的检测。当然也在生物医学、文物鉴定、空间探索等其他物质检测方面得到了广泛的应用。
然而，到目前为止，由于LIBS技术低的灵敏度和测量不稳定性，严重的制约了它的进一步发展及定量分析。基于这一问题，国内外学者提出了大量的克服方法，这主要包括双脉冲(DP)LIBS、空间等离子体约束、以及使用其他附加电场或磁场的方法增强激光等离子体辐射，这些方法在一定程度上提高了LIBS技术的检测性能。
其中，磁约束增强等离子体辐射是利用空间的磁场实现对等离子体的约束从而提高其辐射光谱强度，它的主要原理是：高能量激光脉冲诱导产生的等离子体以激光中心线为轴向外快速膨胀，在加磁约束条件下，高速运动的带电粒子在变化的磁场中受到洛伦磁力的作用开始做圆周运动而被束缚在磁场中，从而增加了等离子体中粒子间的碰撞激发几率，从而提高LIBS光谱检测灵敏度。
但是，目前关于磁约束的研究只涉及到简单的匀强磁场，对等离子体约束只是单一均匀磁场，带电粒子在其中做单一的圆周运动，而如何实现磁场中带电粒子多方向运动的约束，进一步增加等离子体的碰撞几率，从而更好地提高光谱强度和稳定性，是值得进一步研究的问题。
实用新型内容
本实用新型针对现有磁约束方案的不足，提出了一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置。该装置利用交变电流产生的交变磁场，通过大小和方向的不断连续变化的交变磁场约束等激光离子体，有效的提高等离子体辐射光谱强度。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置，包括由YAG激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、平台和数据分析单元，其特征在于所述的等离子体光谱检测装置设有一个能产生交变磁场的电路组成的信号增强单元。
所述的信号增强单元包括交流电源、通电螺线管和电阻组成的回路。
所述的交流电源是市电，电压为220V，频率为50Hz。
所述的通电螺线管为实验室常用的长直螺线管，两端的导线与交流电相连，产生方向和大小与电流方向相关的连续变化的交变磁场。
本实用新型的工作原理为：通常情况下，高能量激光脉冲诱导产生的等离子体以激光中心线为轴向外快速膨胀。接通电源时，均匀交变电流通过长直螺线管后，根据毕奥-萨伐尔定律，通电螺线管周围产生了正比于电流的交变磁场，激光诱导等离子体中高速运动的电子和离子，在磁场中受到洛伦磁力的作用被束缚在磁场中，随着磁场的变化粒子作反复的螺旋运动，加剧了等离子体中粒子间的碰撞几率，使得更多的原子或离子获得能量而被激发或电离。这样使得处于激发态的原子或离子数密度增加，等离子体的温度升高。所以在外加磁约束的情况下激光等离子体辐射光谱强度增强，从而提高LIBS光谱检测灵敏度。
运用本实用新型检测装置进行的检测过程如下：
由上述YAG激光器发射一束激光被反射镜反射，通过透镜聚焦后垂直入射到样品表面上产生激光等离子体；激光等离子体以垂直于样品表面的方向迅速向外膨胀，膨胀的等离子体在两个通电螺线管之间产生的磁场中受洛伦磁力作螺旋运动，增加了粒子之间的碰撞，在碰撞过程中发生能量的转化，使更多原子和离子获得能量从低能级被激发到高能级或电离，从而使得光谱强度增强。然后利用探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元进行光谱的采集，最后由计算机进行数据分析。
附图说明
图1为本实用新型一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置。
附图标识：脉冲激光器1、平面发射镜2、聚焦透镜3、光纤4、DG535触发器5、光谱仪6、计算机7、样品8、平台9、螺线管10、电阻11、交流电源12。
图2为本实用新型信号增强单元结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明：
一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置，包括以下步骤：
第一步：接通电源12，通过信号增强单元产生的交变电流通过螺线管10，产生交变磁场。
第二步：脉冲激光器1产生的激光通过平面反射镜2反射后通过聚焦透镜3聚焦于固定于平台9的样品8表面。
第三步：将样品8放于由增强单元产生的磁场中，激光烧蚀样品产生的等离子体在交变磁场的作用下受洛伦磁力被约束在磁场中做高速反复的螺旋运动，从而加速等离子体中粒子间的碰撞几率。
第四步：磁约束作用下的等离子体发出的光被光纤4收集并传输到光谱仪6，利用触发器5控制光谱仪6记录实验数据。
第五步：光谱仪6将实验数据送入计算机7进行处理和分析。
Claims (4)
1.一种交变磁场增强激光诱导等离子体光谱检测装置，包括由YAG激光器和透镜组成的入射单元、由探头、光纤、光谱仪组成的信号接收单元、平台和数据分析单元，其特征在于所述的等离子体光谱检测装置设有一个能产生交变磁场的电路组成的信号增强单元。
2.所述的信号增强单元包括交流电源、通电螺线管和电阻组成的回路。
3.所述的交流电源是市电，电压为220V，频率为50Hz。
4.所述的通电螺线管为实验室常用的长直螺线管，两端的导线与交流电相连，产生方向和大小与电流方向相关的连续变化的交变磁场。
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