[发明专利]一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光光谱技术领域，特别涉及一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置。

背景技术

基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光技术(plume laser-excited atomic fluorescence，简称PLEAF)是一种新型的多元素分析检测技术。PLEAF能有效解决普通激光激发原子荧光技术单波长单跃迁的局限，实现样本(包括未知样本)多元素分析检测，具有检出限低、无样本预处理、快速等特点。2005年，Cheung等人首次提出PLEAF技术，并公开了一种简单的仪器装置。Cheung等人指出PLEAF技术是一种类似荧光光谱技术，并成功应用于金属合金、陶瓷、聚合物、颜料等检测。它的检出限是激光诱导击穿光谱几个量级，具有很高的信噪比。

空间限制是一种提高激光诱导击穿光谱信号强度、降低检出限的一种有效方法。如专利申请CN 103543131A提出了一种基于双脉冲和空间限制作用提高元素测量精度的方法，该方法首先在待测样品表面上方制作坑洞或者腔体，然后利用双脉冲激光对样品进行击打。第一个脉冲在坑洞或者腔体内部产生低压环境，第二个脉冲则用于激发样品产生等离子体。等离子体在扩展的过程中受到空间限制作用，使得等离子体温度和电子密度显著提高，而且等离子体更加均匀，有利于增加测量信号的稳定性，提高信噪比，降低样品中微量元素的检出限。该专利指出空间限制能够提高LIBS测量信号的强度和稳定性，有利于元素测量精度的提高。与LIBS技术相似，PLEAF技术需要对样本进行蒸发和原子化，产生羽流。因此，空间限制同样也能对激光激发的羽流进行约束，从而提高检测谱线强度，降低检出限。

虽然基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光技术已经引起研究人员的广泛关注，然而现有仪器设备存在调节困难，无相关的能量监测、样品表面成像等辅助设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光光谱装置，能实现样品快速、微损、多元素分析检测，具有调节简单、成本低等特点。

本发明的具体技术方案如下：

一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱装置，包括第一激光器、第二激光器和样品台；沿第一激光器的光路依次布置有倍频发生器、延时发生器、能量衰减器和光路爬高系统，经光路爬高系统出射的激光由样品台正上方聚焦至样品表面，产生羽流；第二激光器产生的激光用于对羽流进行原子激发，发出特征谱线；还包括信号采集和处理系统，根据所述的特征谱线和第一激光器击打样品的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

其中，所述的信号采集和处理系统包括：光纤收集系统，用于收集所述的特征谱线；分光系统，用于对特征谱线进行分光；探测器，用于将分光系统的光信号转换为电信号；样本表面成像系统，用于监控第一激光击打样品位置，得到采样点的空间信息和样品表面信息；计算机，根据所述的电信号和采样点的空间信息，显示元素在样品表面的分布信息。

优选的，所述的分光系统为中阶梯光栅光谱仪。

中阶梯光栅光谱仪是以中阶梯光栅作为色散元件的光谱仪，无需光栅扫描即可一次性得到全谱数据，能避免普通光谱仪多通道首尾段拼接问题。中阶梯光栅光谱仪内部无机械部分，稳定性更高，分辨率能达到0.08nm，能满足谱线分光要求。

其中，所述的样本表面成像系统包括：用于从正方向照明样品的照明LED光源，位于照明LED光源光轴上的分束镜，CCD相机和成像镜头，用于采集分束镜反射的采样点的空间信息和样品表面信息。

优选的，所述的光路爬高系统由第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜组成，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方，第三反射镜位于样品台的正上方；所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为Nd：YAG三倍频激光反射镜。

光路爬高系统主要用于抬升光路，并将沿水平方向激光转化为沿垂直方向传播。应用光路爬高系统能有效避免升高激光器位置导致激光不稳定的因素。激光从样品正上方击打样品表面，有利于羽流的有效激发，保证羽流均匀对称分布。由于第一激光器激光经过倍频发生器产生355nm波长激光，为减少激光能量在光路系统的损失，保证激光能量的有效利用率，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为Nd：YAG三倍频激光反射镜，反射率大于99％。优选的，所述的延时发生器控制第一激光器和第二激光器触发时间，设置第一激光器调Q信号的触发在氙灯信号触发之后150±20μs。该时序的设置能最大程度保证双脉冲固体激光器的能量稳定性。