[发明专利]一种可用于激光诱导击穿光谱的小型多功能样品室

说明书

技术领域

本发明涉及激光诱导击穿光谱样品检测技术，具体涉及一种可用于激光诱导击穿光谱分析的小型多功能样品室。

背景技术

在石油勘探行业中，通过对现场钻井液、岩石和泥浆的组分分析，为勘探开发决策提供依据，是提高录井解释符合率，有效开采石油矿产资源的重要方法。引入适用于多组分、多形态同时分析的实时原位测试技术，实现对现场样品的实时分析，快速获取全面的第一手采集数据，从而做出正确的录井解释评价，提高石油、矿产资源的开发效率，进而可以促进行业的进步，经济的发展。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种新型原子光谱分析技术，它利用聚集强脉冲激光将待测样品直接激发成等离子体，通过分析等离子体中光谱信号来实现样品的元素分析。该技术无需复杂的样品准备，具有快速、多元素同时分析的能力，而且可以实现样品的原位实时分析，近年来逐渐被广泛的应用于各种不同场合，尤其是岩石、矿物、土壤中的组分分析，因此对石油钻井、地质勘探行业而言，该技术可以很好地克服现有的传统测定技术的缺点，在现场即可实现对岩石、钻井液、钻井碎屑等物质的快速组分分析。

样品室是LIBS系统非常重要的一个组成部分，目前在LIBS技术的应用过程中，样品室的设置多是以单一的移动平台为基底，只能实现以二维或三维平移为主的小范围移动。在实验室自搭建的LIBS平台上多采用开放式样品平台，而商用LIBS仪器中的样品室虽经过适当的改造做成密闭型，但一次只能承载一个样品进行LIBS测定，且对粉末样品的分析，大多需先进行压块等方式的前处理，而这有悖于LIBS原位分析的使用初衷，分析结果自然也不具代表性。另外，传统的样品平台主要适用于大块固体样品的测定，对小体积的岩屑、泥浆、粉末等形态的样品无法直接测定，而在石油地质勘探的现场多为以小块样品为研究对象，尤其是在钻井工作时产生的多是细碎岩屑，而且对以泥浆形式存在的钻井液、甚至钻头的碎末进行组分分析，在对油井的有效评估中也是非常重要的，因此传统LIBS技术的样品室在石油勘探中的应用存在着很大的使用局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的适用于激光诱导击穿光谱的样品室所存在的不足，而提供一种全新结构的既可同时装载固体小颗粒、粉末、液体、泥浆形态样品，也可容纳大体积块状样品进行激光诱导击穿光谱分析的多功能样品室。

本发明提供的可用于激光诱导击穿光谱的多功能样品室，其结构主要包括：可开启的密闭腔室，设置在腔室壳顶上的聚焦透镜，安装在位于腔室底部中央可旋转升降柱台上的样品盘和安置在腔室壳壁上与外置检测器连接的信号收集装置，所述样品盘设计有不少于1个的样品池，样品池位于样品盘盘面内在样品盘转动时可转至聚焦透镜下方的位置，使激光经聚焦透镜会聚投射到位于样品池内的样品，信号收集装置的镜头指向转至聚焦透镜下方的样品池，将接收到的样品等离子体光谱信号传输至外置检测器。

为了更好地实现本发明的目的，在上述技术方案的基础上还可进一步地采取下述技术措施。下述各项技术措施可单独采取，也可组合采取，甚至可一并采取。

上述方案中所述的样品盘，最好设计有不少于2个的对称设置的样品池。对称设置的样品池最好位于样品盘盘面内同一直径的圆周上，在样品盘转动时均可转至聚焦透镜正下方，这样有利于使激光能更好地将样品池内的样品离子化。样品池在样品盘内的位置，主要取决于样品盘内设计的样品池的个数，可位于样品盘的不同直径上。为了便于加工，样品池最好设计为圆形凹坑状。

上述方案中所述的密闭腔室为可开启的密闭腔室，开启可以为门式开启，也可为窗式开启，开启面既可设计在腔室的一侧壳壁，也可设计在腔室壳顶，最好是将腔室壳顶设计成可开启的顶盖。

为了便于更换样品池损坏的样品盘和为了适用于不同样品更换样品盘，最好将样品盘设计成可拆卸地安装在可旋转升降柱台。样品盘与可旋转升降柱台之间的联接结构有多种结构形式，如卡扣联接结构、插销联接结构等。

所述信号收集装置主要由耦合透镜、与耦合透镜连接的传输光纤和耦合透镜安装于其管内的套管组成，套管安装在腔室壳壁上，传输光纤穿过腔室壳壁与位于样品室外的检测器连接，样品的等离子体信号被耦合透镜直接耦合到传输光纤传输到位于样品室外的检测器。所述信号收集装置最好安装在样品盘斜上方的腔室壳壁上，使耦合透镜镜头指向着样品池。