一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置包括YAG激光器、聚焦透鏡、光纖、光譜儀、觸發器和計算機，其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置設有一個由真空腔體和脈沖進樣裝置組成的系統，真空腔體與脈沖進樣裝置通過導管相連。該裝置的突出特點是利用真空環境下對不同直徑的液柱樣品進行快速檢測，一方面真空環境減少了周圍氣體對等離子體膨脹的限制以及空氣背景譜線對等離子體光譜的干擾；另一方面液體以細液柱的形式被激光激發，克服了液面波動和原子輻射淬滅等負面效應，有利于激光誘導產生較強和穩定的等離子體輻射；再者，采用可控的脈沖液柱樣品，有利于提高檢測的穩定性和減少樣品消耗。
【專利說明】一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明屬于激光誘導擊穿光譜技術物質元素分析領域，具體涉及一種液體中元素 高靈敏快速檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業的發展，我國在重金屬的開采、冶煉、加工過程中，因未能做適當的 處理，導致不少重金屬進入大氣、水、土壤中，給生態環境造成了嚴重的危害，其中水環境 的重金屬污染尤其突出，因此有必要對水中重金屬元素進行檢測。目前，水環境重金屬 檢測所用到的技術有電化學分析、原子吸收光譜分析（AAS)、電感耦合等離子體發射光譜 (ICP-AES)和電感耦合等離子體質譜法質譜法（ICP-MS)等。這些方法基本上都需要附加試 劑對樣品進行分離或富集處理，使得檢測過程變得復雜而且耗時，同時，附加試劑往往對環 境有害，必然導致檢測過程中產生二次污染。而且上述的方法除了 ICP-AES外，其他的方法 每次只能對單一的樣品進行檢測，而ICP-AES方法雖然能夠一次檢測多種樣品，但是該方 法需要復雜的預處理操作。因此發展一種快速、實時、可同時檢測多種元素的水環境重金屬 污染檢測技術就顯得尤為必要。
[0003] 激光誘導擊穿光譜技術（LIBS)作為一種新的物質元素檢測技術，由于具有不需 要對樣品進行預處理、所需樣品的量很少、研究對象再污染幾率小、可以同時對多種元素進 行在線分析等優點，被廣泛地應用于水、土壤和空氣污染等領域，正發展成為一種極具應用 前景的物質成分檢測技術。目前LIBS在氣體和固體中的檢測具有較高的穩定性和靈敏度， 甚至實現了產品化。但是，在液體樣品中的檢測時，由于液面波動和原子輻射淬滅等負面效 應從而導致LIBS在液體中的探測靈敏度很低。
【發明內容】
[0004] 本發明針對現有技術的不足，提出了一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置，該裝 置的突出特點是利用真空環境下對不同直徑的液柱樣品進行快速檢測，一方面真空環境減 少了周圍氣體對等離子體膨脹的限制以及空氣背景譜線對等離子體光譜的干擾；另一方面 液體以細液柱的形式被激光激發，克服了液面波動和原子輻射淬滅等負面效應，有利于激 光誘導產生較強和穩定的等離子體輻射；再者，采用可控的脈沖液柱樣品，有利于提高檢測 的穩定性和減少樣品消耗。該裝置從以上三個方面有效地提高了檢測液體中元素的靈敏 度。
[0005] 本發明的具體技術方案是：
[0006] -種液體中元素高靈敏快速檢測裝置包括YAG激光器、聚焦透鏡、光纖、光譜儀、 觸發器和計算機，其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置設有一個由真空腔 體和脈沖進樣裝置組成的系統，真空腔體與脈沖進樣裝置通過導管相連。
[0007] 所述的真空腔體由圓柱體容器、收樣裝置、排樣裝置和真空泵構成，圓柱體容器右 下方與真空泵通過導管連接，收樣裝置位于圓柱體容器底部，與外部的排樣裝置也通過導 管連接，圓柱體側面設有四個透明的窗口前后左右兩兩對稱，脈沖激光通過聚焦透鏡經圓 柱體容器左邊的窗口聚焦到液柱中心后經右邊的窗口透射，后面窗口裝有一個聚焦透鏡， 光纖通過此透鏡采集光譜并送到計算機，前面窗口可以觀察光譜采集情況。
[0008] 所述的脈沖進樣裝置由樣品容器、電控脈沖閥門和可更換的細小針孔構成，電控 脈沖閥門和可更換的細小針孔依次位于連接樣品容器和圓柱體容器的導管上，電控脈沖閥 門可控制液柱的形成和持續時間使之與脈沖激光同步，針孔直徑的選取范圍為50um-lmm。
[0009] 所述的真空泵和排樣裝置與圓柱體容器連接的導管都裝有開關閥門，保證檢測 時，圓柱體容器內部為真空環境。
[0010] 運用本發明檢測裝置進行檢測的過程如下：
[0011] 打開真空泵閥門，利用真空泵實現腔體真空環境。真空腔體內氣壓低，而進樣裝置 樣品容器與外面大氣相連，大氣壓作用在液面上，由于內外壓力差的作用，使得當進樣裝置 中脈沖閥門打開時，液體從針孔中射出，形成射流液柱，調節脈沖閥門的開關時間和持續時 間，可使得噴射的液柱在針孔附近與經透鏡聚焦后的激光相互作用，產生的等離子體光譜 被裝有聚焦透鏡的收集窗口收集并經光纖傳入光譜儀中，光譜儀進一步的將數據傳輸到計 算機進行處理和分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明的一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置。
[0013] 其中圓柱體容器1、樣品容器2、收樣裝置3、排樣裝置4、真空泵5、光譜儀6、計算 機7、DG535觸發器8、YAG激光器9、光纖10、聚焦透鏡11、針孔12、收集窗口 13、透光窗口 14、觀察窗口 15、進光窗口 16、電控脈沖閥門17。
【具體實施方式】
[0014] 以下結合附圖對本發明作進一步的說明：
[0015] 一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置，包括YAG激光器9、聚焦透鏡11、光纖10、光 譜儀6、DG535觸發器8和計算機7,其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置設 有一個由真空腔體和脈沖進樣裝置組成的系統，真空腔體與脈沖進樣裝置通過導管相連。
[0016] 所述的真空腔體由圓柱體容器1、收樣裝置3、排樣裝置4和真空泵5構成，圓柱體 容器上1右下方與真空泵5通過導管連接，收樣裝置3位于圓柱體容器1底部，與外部的排 樣裝置4也通過導管連接，圓柱體容器1側面設有四個透明的窗口前后左右兩兩對稱，脈沖 激光通過聚焦透鏡經圓柱體容器1左邊的進光窗口 16聚焦到液柱中心后經右邊的透光窗 口 14透射，后面收集窗口 13裝有一個聚焦透鏡，光纖10通過此透鏡采集光譜并送到計算 機7,前面觀察窗口 15可以觀察光譜采集情況。所述的脈沖進樣裝置由樣品容器2、電控脈 沖閥門17和可更換的細小針孔12構成，電控脈沖閥門17和可更換的細小針孔12依次位 于連接樣品容器2和圓柱體容器1的導管上，電控脈沖閥門17可控制液柱的形成和持續時 間使之與脈沖激光同步，針孔12直徑的選取范圍為50um-lmm。
[0017] 在樣品容器2中注入所要檢測的液體樣品，關閉電控脈沖閥門17和排樣裝置4的 開關閘門，打開真空泵5將圓柱體容器1抽成真空。DG535觸發器8發出觸發脈沖控制脈 沖閥門17打開，樣品容器2中的液體在內外壓力差的作用下從針孔12中出射，形成射流液 柱。打開脈沖激光器9,在DG535觸發器8的控制下，激光束經聚焦透鏡11通過左邊的進光 窗口 16進入圓柱體容器1，調節DG535觸發器8,使脈沖激光每次都與噴射的液柱在針孔附 近相互作用，并聚焦于液柱中心。激光誘導液柱產生的等離子體光譜被裝有聚焦透鏡的收 集窗口 13收集并經光纖10傳入光譜儀6中并送入計算機7進行物質元素的處理與分析。 在觀察窗口 15觀察采集情況，當收樣裝置3中的液體達到一定量時，打開排樣裝置4的開 關閥門排出樣品。實驗中通過改變針孔12的直徑來改變液柱的直徑，以獲取最穩定的光 譜。
【權利要求】
1. 一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置包括YAG激光器、聚焦透鏡、光纖、光譜儀、觸 發器和計算機，其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置設有一個由真空腔體 和脈沖進樣裝置組成的系統，真空腔體與脈沖進樣裝置通過導管相連。
2. 根據權利要求1所述的一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置，其特征在于，真空腔 體由圓柱體容器、收樣裝置、排樣裝置和真空泵構成，圓柱體容器右下方與真空泵通過導管 連接，收樣裝置位于圓柱體容器底部，與外部的排樣裝置也通過導管連接，圓柱體側面設有 四個透明的窗口前后左右兩兩對稱，脈沖激光通過聚焦透鏡經圓柱體容器左邊的窗口聚焦 到液柱中心后經右邊的窗口透射，后面窗口裝有一個聚焦透鏡，光纖通過此透鏡采集光譜 并送到計算機，前面窗口可以觀察光譜采集情況。
3. 根據權利要求1所述的一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置，其特征在于，所述的 脈沖進樣裝置由樣品容器、電控脈沖閥門和可更換的細小針孔構成，電控脈沖閥門和可更 換的細小針孔依次位于連接樣品容器和圓柱體容器的導管上，電控脈沖閥門可控制液柱的 形成和持續時間使之與脈沖激光同步，針孔直徑的選取范圍為50um-lmm。
4. 根據權利要求2所述的一種液體中元素高靈敏快速檢測裝置，其特征在于，所述的 真空泵和排樣裝置與圓柱體容器連接的導管都裝有開關閥門，保證檢測時，圓柱體容器內 部為真空環境。
【文檔編號】G01N21/73GK104111249SQ201410343007
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月12日 優先權日:2014年7月12日
【發明者】周衛東, 蘇雪嬌 申請人:浙江師范大學
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