CN204989030U - 一种基于libs测量气体中重金属元素的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，所述装置主要包括激光烧蚀系统、样品室系统、LIBS测量系统。本实用新型中样品室为易控气压和温度的活塞式系统，即实现了LIBS装置对常温常压气体中重金属元素的检测，又实现了工业上高温高压环境下气体中重金属元素的测量，该装置具有快速、简便等特点且能克服无法高温高压实时测量的缺点。
Description
技术领域
本实用新型涉及光谱测量分析技术领域，特别涉及一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置。
背景技术
目前，大气中重金属颗粒成分和工业高温高压环境下重金属排放物造成了严重的环境污染，同时也威胁到了人类的健康，因此对气体中重金属元素的检测成为人们关注的焦点。
目前现有的气体检测方法有红外光谱检测技术、气相色谱柱-离子迁移率谱技术和原子吸收光谱技术等，以上方法虽然可以实现对气体中重金属元素检测，但样品预处理复杂，运行成本高，灵敏度低。激光诱导击穿光谱技术(LaserInducedBreakdownSpectroscopy，简称LIBS)作为一种新的在线分析检测技术，是将高能量的脉冲激光通过聚焦透镜照射到样品表面，使样品产生等离子体，等离子体发射出的光由光谱仪检测传输到计算机控制系统，通过对光谱信息进行数据处理，从而实现样品的定性区分和定量检测。
本实用新型提出了一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，既可以在常温常压下实现对气体中重金属元素的检测，也可以在高温高压环境下对气体中重金属元素进行检测。
发明内容
本实用新型的目的在于提供了一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，样品室系统为可以调节温度和气压的活塞式系统，可以在不同的温度和气压下实现对气体中重金属元素的检测，提高LIBS装置对气体检测的精确度和信噪比。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供了一种基于LIBS测量气体重金属元素的装置，包括：激光烧蚀系统、样品室系统、LIBS测量系统；
本实用新型中的激光烧蚀系统包括飞秒固体脉冲激光器(1)、反射镜(2)、透镜(4)，透镜(4)与气缸(6)表面上的石英玻璃(5)相对应，飞秒固体脉冲激光器(1)发出脉冲激光通过反射镜(2)，经透镜(4)聚焦通过石英玻璃(5)打到样品表面，产生等离子体；
本实用新型中的LIBS测量系统包括透镜(4)、光纤聚集头(3)、ICCD(25)、光谱仪(24)、计算机控制系统(26)和信号延时发生器(27)，ICCD(25)和光谱仪(24)通过光纤聚集头(3)采集LIBS光谱，计算机控制系统(26)分别与飞秒固体脉冲激光器(1)、ICCD(25)、信号延时发生器(27)、电动机(9)和样品室线路连接；
本实用新型中的样品室系统包括石英玻璃(5)、气缸(6)、曲柄(7)、飞轮(8)、电动机(9)、连杆(10)、活塞杆(11)、活塞(12)、电加热器(13)、温度传感器(14)、气压传感器(15)、第一气体流量计(16)、吸气阀(17)、排气阀(18)、第二气体流量计(20)、储气罐(22)，电动机(9)通过飞轮(8)、曲柄(7)、连杆(10)控制活塞杆(11)和活塞(12)的移动，调节气缸(6)的气压，计算机控制系统(26)控制电加热器(13)调节气缸(6)的温度。
本实用新型中的第一气体流量计(16)和第二气体流量计(20)分别放置在吸气阀(17)和排气阀(18)处，可以显示出吸气阀(17)和排气阀(18)的体积流量，便于定量分析。气缸(6)设有温度传感器(14)和气压传感器(15)，可以分别显示出气缸(6)内的温度和气压。
其中，飞轮(8)安装在电动机(9)上，气缸(6)内壁设有电加热器(13)。
本实用新型的有益效果是：提出了一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，即能在常温常压下实现对气体中重金属元素的检测，又能在高温高压下对气体中的重金属元素进行检测，提高气体检测的精度和性噪比。
附图说明
图1为本实用新型的原理图，图中：1-飞秒固体脉冲激光器；2-反射镜；3-光纤聚集头；4-透镜；5-石英玻璃；6-气缸；7-曲柄；8-飞轮；9-电动机；10-连杆；11-活塞杆；12-活塞；13-电加热器；14-温度传感器；15-气压传感器；16-第一气体流量计；17-吸气阀；18-排气阀；19-进气口；20-第二气体流量计；21-排气口；22-储气罐；23-储气罐门；24-光谱仪；25-ICCD；26-计算机控制系统；27-信号延时发生器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施步骤进行说明：
1.如图1为本实用新型的结构装置图，本实用新型提供了一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，包括：飞秒固体脉冲激光器(1)、反射镜(2)、透镜(4)、光纤聚集头(3)、光谱仪(24)、ICCD(25)、计算机控制系统(26)、信号延时发生器(27)、石英玻璃(5)、气缸(6)、曲柄(7)、飞轮(8)、电动机(9)、连杆(10)、活塞杆(11)、活塞(12)、电加热器(13)、温度传感器(14)、气压传感器(15)、第一气体流量计(16)、吸气阀(17)、排气阀(18)、第二气体流量计(20)、储气罐(22)，透镜(4)与气缸(6)表面上的石英玻璃(5)相对应，计算机控制系统(26)分别与飞秒固体脉冲激光器(1)、ICCD(25)、信号延时发生器(27)、电动机(9)和样品室线路连接，电动机(9)通过曲柄(7)、飞轮(8)、连杆(10)、活塞杆(11)与活塞(12)相连接，位于气缸(6)的右侧，气缸(6)左侧设有进气口(19)和排气口(21)，吸气阀(17)和排气阀(18)分别放置在进气口(19)和排气口(21)处，同时受计算机控制系统(26)的控制，排气口(21)连接储气罐(22)，储气罐(22)侧面设有储气罐门(23)，第一气体流量计(16)和第二气体流量计(20)分别放置在吸气阀(17)和排气阀(18)处，可以分别显示出进气口和排气口处气体的体积流量，便于定量分析，气缸(6)设有温度传感器(14)和气压传感器(15)且位于气缸(6)的下底面。可对气缸内的温度和气压进行实时监控。
本实用新型是这样来实现的，其方法步骤为：
步骤1：系统未工作时，活塞(12)处于平衡位置，打开计算机控制系统(26)，通过系统控制排气阀(18)使其开启，吸气阀(17)关闭，计算机控制系统(26)通过控制电动机(9)的旋转带动曲柄(7)、飞轮(8)、连杆(10)、活塞杆(8)的运动，推动活塞(12)把样品室中的空气排到储气罐(19)，使气缸内的容积处于相对真空状态，避免样品室中的空气对气体测量的影响。
步骤2：当活塞(12)到达气缸最左边位置，打开吸气阀(17)，将待测气体依次通过进气口(19)、气体流量计(16)和吸气阀(17)进入气缸(6)，计算机控制系统(26)通过控制电动机(9)的旋转带动曲柄(7)、飞轮(8)、连杆(10)、活塞杆(8)的运动，推动活塞(12)向右运动，使气缸(6)内充满气体，关闭吸气阀。
步骤3：电动机(9)控制活塞(12)向左压缩气体，使气缸内的压强增大，开启电加热器(13)，通过观察温度传感器(14)和气压传感器(15)的读数控制实验所需要的气压和温度。
步骤4：当达到实验条件时，打开激光器(1)，计算机控制系统(26)控制飞秒固体脉冲激光器(1)产生一束水平方向的脉冲激光，依次通过反射镜(2)、透镜(4)聚焦通过石英玻璃(5)打到样品表面，产生等离子体。等离子体发出的光通过光纤聚集头(3)进入光谱仪(24)，光谱仪(24)将得到的光谱信息传输给计算机控制系统(26)，对光谱图进行分析和处理，可实现对气体中重金属元素的检测。
Claims (3)
1.本实用新型提出了一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，其特征在于：所述的一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置包括：激光烧蚀系统、样品室系统、LIBS测量系统；
所述的激光烧蚀系统包括：飞秒固体脉冲激光器(1)、反射镜(2)、透镜(4)，待测气体存储在气缸(6)中，飞秒固体脉冲激光器(1)、反射镜(2)、透镜(4)放置在气缸(6)外部，透镜(4)与气缸(6)中的石英玻璃(5)相对应；
所述的LIBS测量系统包括：透镜(4)、光纤聚集头(3)、光谱仪(24)、ICCD(25)、计算机控制系统(26)、信号延时发生器(27)，光谱仪(24)与光纤聚集头(3)线路连接，计算机控制系统(26)分别与飞秒固体脉冲激光器(1)、ICCD(25)、信号延时发生器(27)、电动机(9)和样品室线路连接；
所述的样品室系统包括：石英玻璃(5)、气缸(6)、曲柄(7)、飞轮(8)、电动机(9)、连杆(10)、活塞杆(11)、活塞(12)、电加热器(13)、温度传感器(14)、气压传感器(15)、第一气体流量计(16)、吸气阀(17)、排气阀(18)、第二气体流量计(20)、储气罐(22)，电动机(9)通过飞轮(8)、曲柄(7)、连杆(10)控制活塞杆(11)和活塞(12)的移动，位于气缸(6)的右侧，气缸(6)左侧设有进气口(19)和排气口(21)，吸气阀(17)和排气阀(18)分别放置在进气口(19)和排气口(21)处，排气口(21)连接储气罐(22)，储气罐(22)侧面设有储气罐门(23)。
2.根据权利要求1所述的一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，其特征在于：所述的第一气体流量计(16)和第二气体流量计(20)分别放置在吸气阀(17)和排气阀(18)处，气缸(6)设有温度传感器(14)和气压传感器(15)且位于气缸(6)的下底面。
3.根据权利要求1所述的一种基于LIBS测量气体中重金属元素的装置，其特征在于：飞轮(8)安装在电动机(9)上，气缸(6)内壁设有电加热器(13)。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105223187A (zh) * | 2015-10-16 | 2016-01-06 | 中国计量学院 | 一种基于libs测量气体中重金属元素的装置 |
| CN111239104A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-05 | 吉林大学 | 一种基于共振激发的libs光谱信号增强方法及系统 |
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2015
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