[发明专利]激光诱导放电增强等离子光谱检测装置

说明书

技术领域

本发明属于等离子体光谱检测技术领域，具体是一种激光诱导放电增强等离子体光谱检测装置。

背景技术

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)，作为原子发射光谱的一种，是近些年逐渐兴起的一种光谱检测技术。LIBS技术同时可以检测固体、液体、粉末、气体等各种形式的样品，也是唯一能够在任何环境下同时检测多种元素含量的光谱技术。LIBS技术还具有快速、实时、无需样品准备、微损耗、多元素同时分析等特点。目前，LIBS技术的应用领域广泛，包括传统的化学分析还有环境监测、工业在线测量、生物技术、文物保护、核工业、深空探测、海洋科学、表面分析等。

传统的LIBS系统是由Nd:YAG调Q激光器发出激光光束，经过透镜汇聚在待测样品表面，使之表面上微量物质气化、电离、激发，形成高温等离子体；通过光学系统收集等离子体发射的元素的谱线，经过光纤耦合到光谱仪；光谱仪再将光谱数据传输到计算机中进行处理。

但在实际应用中，LIBS检测存在灵敏度较低、检出限过高的不足，限制了该技术更深入的发展和更广泛的应用。为充分发挥LIBS的技术优势，增强信号的强度和降低LIBS检出限是LIBS技术的重要发展方向

从提高LIBS光谱信号的强度出发，国外一些研究者提出了双脉冲激光激发技术，即DP-LIBS技术。双脉冲激光激发是指相隔数纳秒至数十微秒的相继两个激光脉冲作用到被检查物质的同一位置上。双脉冲技术较之单脉冲技术在光谱检测中有很大的优势，比如：可以大大提高激光对材料的消融和激发，增强等离子体的谱线强度，从而降低光谱分析的检出限等。另外，激光诱导击穿光谱技术结合激光诱导荧光光谱技术(LIBS-LIF)也能够有效的提高痕量物质检测的灵敏度。但是无论是DP-LIBS技术还是LIBS-LIF技术在提高检测效果的同时也大大增加了检测系统的复杂性，例如DP-LIBS技术需要有两台Nd:YAG调Q激光器和相应的光路配套系统，同时调整两束激光共轴或正交较为困难，需要专业人员操作，这使得LIBS系统在实际应用中增加了其调试的复杂性和成本。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种激光诱导-放电增强等离子体光谱检测装置(laser ablation-electric discharge plasma spectroscopy，LA-EDPS)。使用该装置的等离子体光谱检测，既继承了传统的LIBS技术的各项优势，又具有更强的信号强度、更低的样品检出限和更高的稳定性等特点，较之DP-LIBS技术和LIBS-LIF技术检测系统装备简单、易于操作，且成本较低，有更好的实用性。

本发明的具体技术方案是：

激光诱导放电增强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、载物台和数据分析单元，其特征在于所述的等离子体光谱检测装置设有一高压快放电回路组成的信号增强单元，该信号增强单元包括直流电源、高压二极管、电感、电容和由两个放电电极组成的放电器，所述的放电器与电容并联后，与电感和高压二极管串联，所述高压直流电源的正极连接高压二极管的正极，负极接地。

所述的两个放电电极的间距为5mm～6mm，所述电容容量为6nF，直流电源的电压范围为0kv～30kv。

所述的放电电极为球状电极。

进一步地，两放电电极的间距通常是5-6mm，直流电源的电压范围为0到30kv可调，经高压二极管和电感与两个放电电极相连，电路负极接地，在电极两段并联有一个大小为6nF的电容，电感起保护电源的作用；电极放电的条件是在激光等离子体的诱导下放电的，所以必须避免电极自身的自动放电，为了避免产生高的电场，导致尖端放电，本发明采用的电极应为球状或弧状。

运用本发明检测装置进行的检测过程如下：