[发明专利]双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统及其光谱分析的方法

说明书

技术领域

本发明属于光谱分析技术领域，涉及一种激光诱导击穿光谱仪系统，尤其涉及一种双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统；同时，本发明还涉及一种利用上述光谱仪系统进行光谱分析的方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术是将一束高能量的脉冲激光聚焦到某一待分析物质的表面产生高温等离子体，被激光剥离出来的少量物质在高温等离子中被原子化和离子化，并发出原子或者离子的特征光谱辐射。通过分析光谱强度来实现对样品中元素浓度（或含量）的分析。

由于LIBS测量方法所具有的优点，如不需对样品进行预处理，快速、无损检测，高灵敏度，可以对固体、液体、气体中的悬浮颗粒等进行实时的现场检测，可实现快速工业在线和远距离分析等特点，所以LIBS测量方法逐渐成为化学分析的一种重要方法。影响LIBS分析检测的主要因素有：激光的能量密度，激光的波长，激光脉冲宽度，样品的物理化学性质，以及周围环境气体的性质和压力等的影响。

申请号200910041442.X专利提供的双脉冲LIBS技术光谱仪是LIBS技术的一大进步，但系统构建复杂，也未充分发挥其它相关技术的优势和特点。存在以下主要缺点：

1）两个脉冲间无法量化延时间隔，凭经验人为因素大，不具备良好的操作性；

2）光收集效率低下，仅采用一组凸镜或光纤收集装置收集经激光和高压脉冲后待测样品的弧光放电。理论上的点光源在现实中基本不存在，而且点光源光线也是向四周发射，因此有必要将其它方向的光向某个方向汇聚；

3）计算机利用率非常低下。

因此可充分发挥计算机的高效作用将系统各部分关联调动起来由计算机全部完成控制，实现智能化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统，可全自动地实现光谱分析过程。

此外，本发明还提供一种利用上述光谱仪系统进行光谱分析的方法，可全自动地实现光谱分析过程。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统，所述光谱仪系统包括：脉冲激光器、全反射镜、聚焦透镜、样品台、椭圆球面镜、光辐射的光收集系统、光谱仪、计算机、高压脉冲电源；

所述脉冲激光器用以产生激光，激光经全反射镜后通过聚焦透镜聚焦作用在位于样品台的样品上；

样品经脉冲激光器和高压脉冲电源放电作用后产生的光辐射通过椭圆球面镜反射后再经光收集系统进入光谱仪；

所述计算机与脉冲激光器、高压脉冲电源和光谱仪相连，用以负责通信和总调度指挥；

所述计算机在收到光谱仪的信号后，负责协调处理脉冲激光器的频率和能量参数设置、高压脉冲电源的脉冲电压、电流，以及脉冲激光器、高压脉冲电源的发射时间和周期；同时，计算机还用以负责控制光谱仪的输出波长或波长范围，以及光谱数据结果的分析。

作为本发明的一种优选方案，所述椭圆球面镜长轴上的两个焦点分别作为样品方式位置和收集光聚焦点。

作为本发明的一种优选方案，所述椭圆球面镜长轴上的两个焦点中，近焦点作为样品放置位置，远焦点作为收集光焦点。

作为本发明的一种优选方案，所述光辐射的光收集系统为一组透镜或者产生满足条件的光线。

作为本发明的一种优选方案，所述高压脉冲电源的尖端放电装置电极为钨针。

一种利用上述的双脉冲激光诱导击穿光谱仪系统进行光谱分析的方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，脉冲激光器发出高功率短脉冲激光经全反射透镜组和聚焦透镜在样品上产生离子体火花；

步骤S2，光辐射的光收集系统将弧光放电产生的电火花的发光收集到光谱仪上；

步骤S3，光谱仪将信息传送至计算机做数据分析；

步骤S4，计算机收到光谱仪信号后，首先同时发送两个指令，然后是根据光谱仪信息做数据分析；

步骤S5，计算机控制光谱仪的输出波长或波长范围，并根据高压脉冲参数自动选择采样范围或手动设置采样范围进行采样；

步骤S6，把样品的信号强度和元素浓度比较，分析得出元素样品的浓度。