CN2884188Y - 激光烧蚀固体进样装置 - Google Patents

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姚宁娟
杨志军
沈学静
王海舟
罗倩华
程海明
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NCS Testing Technology Co., Ltd.
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Central Iron and Steel Research Institute
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Abstract

一种激光烧蚀固体进样装置，激光器采用高斯变反膜非稳腔激光腔结构，输出光束均匀；激光器输出光路采用二维扫描技术，在烧蚀软件的控制下，激光束可在固体样品表面点/线/面进行烧蚀，烧蚀速度快，稳定性好；样品调焦和定位系统采用样品一步定位式技术，样品与激光聚焦透镜的相对距离调节简单，样品固定方便，可显著提高分析效率；烧蚀控制系统提供的同步触发信号可实现分析仪器数据采集和激光烧蚀的同步。

Description

激光烧蚀固体进样装置
技术领域
本装置是为分析仪器提供分析样品的进样装置，特别是涉及导入电感耦合等离子体发射光谱仪的固体进样装置。主要涉及材料的化学成分分析领域。
背景技术
在原子发射光谱仪中，分析样品可能是气溶胶或气悬浮固态颗粒，通过稳定的载气传输。常见的分析仪器为电感耦合等离子体光谱仪。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)以其灵敏度高，精确性好，快速和多元素同时测定等优点主要优势是分析动态范围大和同步的多元素分析，已广泛应用于各个领域的各种物质的微量分析。
一般ICP-AES分析用溶液雾化法进样，制样时溶解不彻底，溶解过程长，给光谱分析带来困难。因此将固体直接进入ICP进行分析是国内外ICP-AES研究领域所感兴趣和关注的课题。激光烧蚀是一种简单固体直接进样技术，一束短脉冲高功率的激光束聚焦在样品表面上，激光束将固体样品立即蒸发转化成气相成分，并使其传输到ICP分析仪器中，对激光烧蚀而言，任何固体样品都可被烧蚀分析，没有样品尺寸的严格要求，不要求样品预处理，而且用激光烧蚀进行化学分析需要的样品消耗量少。
在现有技术中，包括商用仪器或其他的公开的系统，典型的激光烧蚀装置由激光器、样品烧蚀腔、显微成像调焦装置和XYZ工作台，见文献laser ablation in analytical chemistry-a review，RichardE.Russo，xiaolei mao，haichen liu ect，Talanta，57(2002)427。
这种进样装置存在的问题是：
1)激光腔输出的光束通过外围光路扩束、均匀化改善光束质量和均匀性，光路复杂，维护不方便，成本高；
2)激光器固定，样品XY移动实现样品表面点/线/面的烧蚀进样；
3)调焦方法复杂，样品表面可通过CCD摄像头观察，需要人眼辨别物体成像的清晰程度，通过计算机控制样品工作台升降来达到调焦的目的，调焦效率低，而且对光学系统的要求较高；
4)此外目前的ICP光谱仪和激光烧蚀装置各自独立，激光烧蚀固体进样和光谱仪的采集没有同步，采集后的数据需经人工处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光器光束质量和均匀性好，调焦和样品定位简单，激光烧蚀和分析仪器采集可同步的激光固体进样装置。
本发明的主要技术方案是采用高斯变反膜激光腔结构改善光束质量和均匀性；采用激光二维扫描烧蚀技术和样品一步定位技术，扫描烧蚀速度快，调焦和样品定位简单；提供的烧蚀控制同步触发信号可实现光谱仪的同步采集分析。
本发明的一个技术方案是，激光烧蚀固体进样装置包括激光器系统、样品激发和导出系统、样品调焦和定位系统和烧蚀控制系统：
激光器系统是由短脉冲激光器，调节光路镜组，XY扫描振镜组和透镜组成，短脉冲激光器输出光路采用二维扫描技术，短脉冲激光器输出光曙经光路镜组调节至XY扫描振镜组中心，XY扫描振镜组的转动改变激光束沿X、Y方向的出射位置，透镜将激光束聚焦在XY方向固定的样品表面；
样品激发和导出系统是由石英罩和样品激发腔组成，激光束透过石英罩、样品激发腔将能量耦合到样品表面，石英罩和样品激发腔之间通过密封圈进行密封连接；
样品调焦和定位系统是由调焦台组成，调焦台升降调节固体样品相对于聚焦透镜的相对距离(焦距)，样品激发腔和通过连接板和调焦台相连，针对特定材料，焦距优选固定后，对于特定材料的不同固体样品，只要贴紧密封圈保证样品激发腔的气密性即可完成样品的一步定位；
烧蚀控制系统包括控制计算机，控制计算机可控制激光烧蚀的启动结束，控制激光烧蚀的起始位置，点或线或面的点阵模式，烧蚀时间，并提供同步触发信号实现分析仪器数据采集与激光烧蚀的同步。
本发明的另一个技术方案是，上述的短脉冲激光器腔采用高斯变反膜非稳腔结构。
本发明的又一个技术方案是，上述的样品调焦和定位系统，还包括坐标尺和样品定位升降台组成，坐标尺的固定端固定在调焦台的底座，移动测量端固定在调焦台的台面上，样品定位升降台依据固体样品的高低和表面不平度进行上下位置的调整和角度的调节。
本发明的再一个技术方案是，上述的样品调焦和定位系统中连接板用螺栓固定在调焦台上，样品激发腔用埋头螺钉固定在连接板上。
和现有技术比较，本发明具有以下优点：
1)采用高斯变反膜非稳腔激光腔结构，无需外围光路处理，输出光束均匀、质量好，光路维护简单，成本低；
2)采用激光二维扫描技术实现样品表面线或面的烧蚀，与传统光路固定，样品XY移动实现样品表面线或面扫描烧蚀技术相比，扫描烧蚀的速度快，烧蚀稳定性好；。
3)采用样品一步定位式的调焦固定方法，简单方便，效率高；
4)激光束可进行点或线或面的点阵烧蚀，烧蚀点阵结构、烧蚀时间可控；
5)通过计算机提供同步触发信号实现分析仪器数据采集与激光烧蚀的同步，分析仪器可自动进行采集稳定灵敏的信号，无需人工干预。
附图说明
附图1为本发明激光烧蚀固体进样装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图做进一步详述。
由附图1可看出，本发明包括激光器系统、样品激发和导出系统、样品调焦和定位系统、烧蚀控制系统。
激光器系统中由短脉冲激光器1、调节光路组2、XY扫描振镜组3和聚焦透镜4组成，短脉冲激光器1输出的激光束经调节光路组2调节至XY扫描振镜组3的中心，XY扫描振镜组3的转动改变激光束沿X、Y方向的出射位置，聚焦透镜4将激光束聚焦在固体样品5表面。
样品激发和导出系统由石英罩6和样品激发腔7组成，石英罩6和样品激发腔7用密封圈8连接。
样品调焦和定位系统由调焦台9、坐标尺10和样品定位升降台11组成，坐标尺10的固定端固定在调焦台9的底座，移动测量端固定在调焦台9的台面上，坐标尺的读数可直观显示固体样品5相对于聚焦透镜4的相对距离(焦距)，样品定位升降台11依据样品的高低和表面不平度进行上下位置的调整和角度的调节。针对特定的材料，固体样品5和聚焦透镜4的距离经优化后，一般是固定的，对于特定材料的不同固体样品5，只要贴紧密封圈15保证样品激发腔7的气密性即可完成不同样品的定位。
样品激发和导出系统中的样品激发腔7通过连接板12和样品调焦和定位系统中的调焦台9相连，连接板12用螺栓13固定在调焦台9上，样品激发腔7用埋头螺钉14固定在连接板12上。
烧蚀控制系统由控制计算机16组成，控制计算机16可控制激光烧蚀的启动结束，控制激光烧蚀的起始位置，点或线或面的点阵模式，烧蚀时间，并提供同步触发信号可实现分析仪器数据采集与激光烧蚀的同步。

Claims (4)

1.一种激光烧蚀固体进样装置，包括激光器系统、样品激发和导出系统、样品调焦和定位系统和烧蚀控制系统，其特征是：
激光器系统是由短脉冲激光器(1)，调节光路镜组(2)，XY扫描振镜组(3)和透镜(4)组成，短脉冲激光器输出光路采用二维扫描技术，短脉冲激光器(1)输出的光束经调节光路镜组(2)调节至XY扫描振镜组(3)中心，XY扫描振镜组(3)的转动改变激光束沿X、Y方向的出射位置，透镜(4)将激光束聚焦在XY方向固定的样品(5)表面；
样品激发和导出系统是由石英罩(6)，样品激发腔(7)组成，激光束透过石英罩(6)、样品激发腔(7)将能量耦合到样品(5)表面，石英罩(6)和样品激发腔(7)之间通过密封圈(8)进行密封连接；
样品调焦和定位系统是由调焦台(9)组成，调焦台(9)升降调节固体样品相对于聚焦透镜的相对距离，样品激发腔(7)和通过连接板(12)和调焦台(9)相连，针对特定材料，焦距优选固定后，对于特定材料的不同固体样品(5)，只要贴紧密封圈(15)保证样品激发腔(7)的气密性即可完成样品的一步定位；
烧蚀控制系统包括控制计算机(16)，控制计算机(16)可控制激光烧蚀的启动结束，控制激光烧蚀的起始位置，点或线或面的点阵模式，烧蚀时间，并提供同步触发信号实现分析仪器数据采集与激光烧蚀的同步。
2.如权利要求1所述的一种激光烧蚀固体进样装置，其特征是所述的短脉冲激光器(1)的腔采用高斯变反膜非稳腔结构。
3.如权利要求1所述的一种激光烧蚀固体进样装置，其特征是所述的样品调焦和定位系统还包括坐标尺(10)和样品定位升降台(11)，坐标尺(10)的固定端固定在调焦台(9)的底座，移动测量端固定在调焦台(9)的台面上，样品定位升降台(11)依据固体样品(5)的高低和表面不平度进行上下位置的调整和角度的调节。
4.如权利要求1所述的一种激光烧蚀固体进样装置，其特征是所述的连接板(12)用螺栓(13)固定在调焦台(9)上，样品激发腔(7)用埋头螺钉(14)固定在连接板(12)上。
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