[实用新型]一种便携式激光探针成分分析装置

说明书

技术领域

本实用新型属于激光精密检测技术领域，具体为一种便携式激光探针成分分析装置(简称激光探针仪)，主要用于物质元素成分的定性与定量分析。

背景技术

在冶金、机械、能源、化工、环保、食品安全、生物制药等领域中，常常需要对物质成分进行定性或定量分析。目前应用较为成熟的分析方法有：紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)等。但由于这些方法制样比较繁琐，分析周期长，一般需要对样品进行预处理，且仪器成本过高，使用条件苛刻，不能在野外等恶劣环境下或工业现场进行检测，无法实现在线检测的目的。激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)，是一种新型的物质成分分析技术，它是通过将脉冲激光束聚焦到样品表面烧蚀形成等离子体而发射出光谱，通过采集等离子体光谱来分析其元素的成分及其含量。与传统分析仪相比，LIBS技术具有无需样品制备，分析迅速，可同时检测多种元素、探测极限低、成本低等优点，可用于固体、液体和气体等物质的检测，特别适合物质的原位分析。

与其它物质成分分析方法相比，LIBS技术有着显著的优势，然而，现有的LIBS系统还存在着一些不足之处。

中国专利文献《一种激光探针微区成分分析仪》(申请号为200910062846，公开日为2009年11月25日)公开了一种基于微区成分探测分析的激光探针仪，该激光探针仪主要是由LIBS、工业CCD、工作台和控制系统组成，主要是针对物质微区成分的分析探测，因其采用了机械约束机构，从而有效地降低了LIBS的探测极限。但仪器复杂、体积庞大，主要适用于实验室内检测分析，不便于在野外或工业现场实时检测。

中国专利文献《激光诱导放电增强等离子光谱检测装置》(申请号为200910154015.2，公开日为2010年4月21日)公开了一种激光诱导放电增强等离子光谱检测装置。该装置包括由YAG激光器和透镜组成的入射单元，由探头、光纤和光谱仪组成的信号接收单元，载物台和数据分析单元。该装置设有一个高压快放电回路组成的信号增强单元，能在一定程度上增强信号强度，具有较低的检出限和较高的稳定性等特点。然而，高压放电回路的引入使整个系统更加复杂，体积更大，同样不便于在野外或工业现场检测。此外，由于电火花放电的不均匀性，可能会影响测量结果的稳定性，也可能会对样品造成较大的烧蚀，其探测极限也没有双激光脉冲的低。

中国专利文献《一种基于双激光光源的激光探针微区成分分析仪》(申请号为201010114115.5，公开日为2010年7月21日)公开了一种基于双激光光源的激光探针微区成分分析仪，该激光探针仪器主要是采用双激光光源，固定波长激光器和波长可调谐激光器可上下或平行放置，且通过数字延时发生器控制其开启顺序及延时。这种双激光光源激发的激光探针仪探测极限低，元素分析精度高。可用于各种物质微区的微量、痕量元素的准确定性和精确定量分析，但由于仪器体积庞大，其主要是针对实验室内做精确测量，不便于在野外或工业现场实时检测。

现有的LIBS系统的不足之处主要表现在：

首先，传统的LIBS系统大多采用Nd：YAG激光器在光学平台上搭建复杂的光路系统，设备体积庞大，对设备放置的环境要求高，如需要专门的光学平台等，有些激光器需要恒温、干燥环境等，因此无法将仪器搬到野外恶劣环境或工业现场进行分析；

其次，目前的可移动式的LIBS系统一般是将整个激光器发射头装进探测头里面，使得探测头的体积依然比较庞大，这给野外探测和工业现场分析带来不便。同时，由于采用单脉冲，探测极限和精度受到了很大的限制，很难探测痕量元素。

第三，目前的有些LIBS系统为了增强等离子体光谱强度，往往采用一些辅助的增强措施，例如充保护气、抽成真空，电火花或微波加热等等，这些辅助装置的加入，往往需要做一个专门的样品室，样品室的大小使得目标样品的尺寸受到很大限制，无法完成大尺寸试样的成分分析，无法在工业现场进行实时监测。

第四，目前常见的LIBS系统一般采用30-100mJ的单脉冲能量。例如清华大学，马晓红等，检测时间及位置可控的激光诱导击穿光谱检测转置，[P]，中国，201010569401.0，20101126。然而，较大的激光脉冲能量对样品的表面烧蚀比较严重，对样品的损伤较大。