[发明专利]烟雾分析特性分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及在线材料分析领域。用这些方法所分析的材料可以是用构成形成烟雾的这种材料的颗粒来充满的雾气或气体。

更具体地说，本发明涉及光学分析系统领域，用以研究特性分析仪(Characterisation cell)内高温分解所形成的颗粒。

背景技术

可以把各种已知的特性分析方法与构成本发明主题的分析仪联系起来，如：

-激光诱导荧光(laser-induced fluorescenece)；

-荧光光谱测定法；

-吸收光谱测定法；

-拉曼光谱测定法；

-红外光谱测定法。

通过非限制性的示例方式，以下说明是基于激光诱导击穿光谱测定法(la ser-induced breakdown spectrometry)，即LIBS分析法的使用。这个方法主要在于将脉冲激光束在要进行分析的反应性混合物中聚焦，并生成用发射光谱进行分析的等离子体。由此确定上述反应性混合物的成份。将这种技术应用于下文的描述中，用以控制来自用激光高温分解产生纳米颗粒的烟雾。

图1示出了用于LIBS分析的LIBS系统，该系统包括纳米颗粒合成反应器A5、LIBS分析仪A1、发射激光束的激光器A2、用于在LIBS分析仪A1内使激光束聚焦的透镜A3、用于收集来自LIBS分析仪A1信号的光学系统A4以及光谱仪A7。

在反应器A5内纳米颗粒的产生是基于激光器(例如，二氧化碳CO₂大功率激光)发射的光束和反应性混合物之间交叉气流的相互作用。该光束激发反应性混合物分子(所谓的初级粒子)的振动状态。通过碰撞，从该光束传输给分子的能量重新分配给整个反应性混合物。于是，反应性混合物的温度非常快速地升高，导致分子的热分解，产生所谓“过饱和”的自由基和高能量蒸汽。然后，从自由基通过均匀晶核化(homogeneous germination)生成纳米粒子。这种纳米粒子数通过粒子碰撞/聚结活动的增加而增加。

通过在这时产生火焰的方式，在光束和可观察到的反应性混合物气流之间的重叠空间中发生纳米粒子的分裂与形成。

当这些纳米粒子离开这个空间时，它们将经受阻止它们增加的淬灭效应(quenching effect)。

这些纳米粒子然后通过输入导管A6被引导到LIBS分析仪A1。

LIBS分析仪A1由反应室和四根支管组成：

-第一支管A11形成烟雾的入口孔A111；

-第二支管A12面向该第一支管，形成用于排放烟雾的出口孔A121；

-第三支管A13靠近窗口A131，旨在让激光束进入该窗口，以生成等离子体；以及

-靠近存储器A141并面向该第三支管A13的第四支管A14尚未使用。

该LIBS分析仪A1还包括用于用肉眼观察等离子体的观察窗口A15。

在LIBS分析仪A1中，纳米粒子表现为气体，因此在反应室内部膨胀，占用所有的可用空间和生成烟雾。

在反应室内，用透镜A3使激光器A2产生的激光束F_激光聚焦。当激光束F_激光在要进行分析的混合物中被聚焦时，纳米粒子的汽化导致喷射原子，并生成膨胀性的等离子体。在等离子体的膨胀过程中，原子释放能量，产生光的发射。于是，这种光被适配好并放置在激光器A2同侧的光学系统A4接收。然后，这种光由光谱仪A7进行分析，该光谱仪A7通过适配用于传送该信号的光纤A8与光学系统A4连接。

这种LIBS分析仪的缺点由纳米粒子在反应室内表现为气体这个事实造成。这就是为什么第三支管A13的分析窗口A131变得堵塞的原因。堵塞的分析窗口A131作用像过滤器，其会封堵部分激光束F_激光通过。因此，并不是激光束F_激光的所有能量都是有效的，而是只有其中一部分能够用来生成等离子体。因此，所生成的等离子体能量较小并且发射较低的信号。这个已经被削弱的信号在通过朝向光学系统A4的第三支管的分析窗口A131向后传送时，信号强度被进一步地衰减。

仍然与烟雾的气态行为相关的另一个缺点是堵塞观察窗口A15，这势必会妨碍用肉眼观察等离子体。