[发明专利]一种激光诱导击穿‑脉冲拉曼光谱联用系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及光谱分析技术领域，涉及一种激光诱导击穿-脉冲拉曼光谱联用系统及使用方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术通过对高能激光脉冲的有效聚焦，在样品表面形成激光诱导等离子体，由于这种等离子体局部能量密度及温度很高，可瞬间完成取样、原子化及激发甚至离子化的全过程，利用光谱仪采集等离子体的发射光谱，可实现对待测样品元素的定性和定量分析。该方法具有分析速度快、操作简单、无需样品前处理、多组分同时测定及具备远距离探测能力等特点，这些优势特点使LIBS技术在冶金地质、航空航天等众多应用领域逐渐得到尝试性的使用。拉曼散射光谱(Raman)是一种非破坏性的分子光谱技术。该技术利用低能量激光作用于样品表面，通过接收物质所产生的散射光谱，反馈物质的振动转动能级情况，从而可以鉴别物质的结构信息。Raman光谱技术可以提供快速、简单、可重复、且无损伤的定性定量分析，它也无需样品准备，样品可直接通过光纤探头测量，一次可以同时覆盖50-4000波数的区间，可对有机物及无机物进行分析，是广泛应用于有机物、无机物及生物样品的分子结构研究的一种分析方法。

LIBS技术和Raman光谱技术从仪器构成、光路设计到结果分析等方面都有着诸多相同或相似之处，两种技术可以实现结合，实现联用可同时获取样品的原子及分子光谱，并且在多种环境下均可对不同成分样品进行分析检测。

现有的联用方法多是利用两台不同的激光器或者利用同一台激光器的同一个波长分别激发原子光谱和分子光谱，虽然实现了新的技术创新，可以实现物质元素和结构的同时分析，但是，仍采用两套不同的光路主体，由于光路设计相对独立，并没有真正实现两种技术的融合，只是简单的将两种技术放在一起使用。而在采用同一个波长进行激发的实现方式中，由于LIBS和Raman两种信号的激发条件不同，致使该技术并不能获得最佳的信号效果。。

发明内容

本发明旨在提供一种激光诱导击穿-脉冲拉曼光谱联用系统及使用方法，结合目前的LIBS技术和Raman光谱技术各自的特点，提供一种能获得最佳待测物元素信号与分子结构信号的激光光谱联用系统，该联用系统采用一个脉冲激光器，一套光学系统，一套光谱仪系统，实现两种不同波长激发的两种不同类型信号的获取，光学系统内无任何移动镜片组件，结构稳，性能强。

为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案实现的：

本发明公开的激光诱导击穿-脉冲拉曼光谱联用系统，包括脉冲激光器、机械光斩波器、显微成像光路、显微成像装置、Raman信号接收系统、全谱LIBS信号接收系统、光谱仪、样品平台；所述脉冲激光器出光口光路上设置半透半反镜，所述半透半反镜的透射光路上设置倍频模块，所述半透半反镜的反射光路上设置第一反射镜，所述显微成像光路位于倍频模块的出射光路上，显微成像光路位还位于第一反射镜的光路上；所述机械光斩波器水平方向开时，位于半透半反镜和第一反射镜之间的光路上，机械光斩波器竖直方向开时，位于半透半反镜和倍频模块之间的光路上，所述Raman信号接收系统、全谱LIBS信号接收系统均连接光谱仪。

进一步的，本发明还包括计算机控制系统，所述脉冲激光器、显微成像装置、光谱仪均与计算机控制系统电连接。

进一步的，本发明还包括扩束准直系统，所述扩束准直系统位于脉冲激光器、半透半反镜之间的光路上。

优选的，所述显微成像系统包括LED灯，相机，第一二向色镜，第二二向色镜，第三二向色镜，成像双合聚焦镜和用于放置样品的样品平台；所述LED灯位于样品平台的侧上方，所述成像双合聚焦镜、第三二向色镜、第二二向色镜和第一二向色镜、相机从下至上依次位于样品平台的上方，所述第三二向色镜、第二二向色镜和第一二向色镜均与水平方向成45度夹角；所述第一二向色镜位于倍频模块的出射光路上，所述第二二向色镜位于第一反射镜的反射光路上。

优选的，全谱LIBS信号接收系统包括LIBS光纤探头，所述LIBS光纤探头位于样品平台的侧上方，所述LIBS光纤探头通过第一光纤连接光谱仪，所述光谱仪受控于计算机控制系统。

优选的，所述Raman信号接收系统包括成像双合聚焦镜、第三二向色镜、陷波滤波片、Raman光纤探头、光谱仪；所述样品平台上样品的反射光依次通过成像双合聚焦镜、第三二向色镜、陷波滤波片到达Raman光纤探头，所述Raman光纤探头通过第二光纤连接光谱仪，所述光谱仪受控于计算机控制系统。

优选的，所述样品平台为具有X、Y、Z三轴自由度的电动平台，样品平台的移动受控于计算机控制系统。