[发明专利]基于等离子体约束腔的微量重金属检测的LIBS系统

说明书

本发明涉及一种基于等离子体约束腔的微量重金属检测的LIBS系统，包括样品台、激光器，等离子体约束腔、光谱仪以及数据处理器。所述样品台用于固定微量重金属的待测样品；所述激光器用于根据所述待测样品的预设检测点的位置产生激光；所述等离子体约束腔用于与所述样品台的表面构成一腔室，以将所述待测样品的预设检测点罩设于所述腔室中，并使所述待测样品经过所述激光照射后产生的等离子体辐射光从狭缝中透出。本发明通过在所述样品台的表面上设置等离子体约束腔，对等离子体辐射光起到了增强作用，提高了辐射光收集效率，进而提高了系统检测的准确性、稳定性和实用性，使LIBS技术得到了进一步的发展和应用。

技术领域

本发明涉及微量重金属检测领域，尤其涉及一种基于等离子体约束腔的微量重金属检测的LIBS系统。

背景技术

一般工业生产和生活中，重金属往往特指铜Cu、汞Hg、锡Sn、铅Pb、锌Zn、镉Cd等10余种金属。这些重金属随着工业生产的飞速发展，富集在我们生活的环境中，随食物、呼吸、直接接触等多种方式进入人体，产生多种毒副作用；或是在土壤、水体中迁移沉积，使当地环境中的重金属含量大大超越自然界的净化能力，危害动植物的生长，对生态环境造成极大的破坏，特别是对耕地的污染，更是直接威胁农业生产和粮食安全。因此，对人类生活环境中的重金属含量进行检测对保障农业生产和粮食安全均具有十分重要的意义。

目前，我国现有的重金属含量检测方法主要包括石墨炉加热原子吸收光谱法(Graphite Furnace Atomic Absorption Spectroscopy，GFAAS)、火焰加热原子吸收光谱法(Flame Atomic Absorption Spectroscopy，FAAS)、原子荧光光谱法(AtomicFluorescence Spectroscopy，AFS)等，还有近些年在微量物质检测中普遍使用的电感耦合等离子体原子发光光谱法(Inductively Coupled Plasma-Atomic EmissionSpectroscopy，ICP-AES)。尽管这些方法都有很高的检出率，但普遍需要复杂的样品预处理消解过程，检测周期长，而且检测设备昂贵、操作复杂，更不可能进行可移动实时测量。

应用于微量重金属检测的激光诱导击穿光谱(Laser Induced BreakdownSpectroscopy，LIBS)技术是一项以原子发射光谱分析为核心的检测技术，依靠高能激光脉冲，完成对被测样品的原子化和原子激发，然后使用高分辨光谱仪测量原子发射光谱，分析得到被测样品中目标元素的种类和含量。LIBS具有样品制备简便、测量过程迅速、低成本可移动等优势。而由于蔬菜中目标元素浓度常常比土壤中低2个数量级，检测难度大，现有技术中使用LIBS对蔬菜中的铜Cu、铅Pb、镉Cd、铬Cr等元素重金属进行测量还处在定性分析的初级阶段。此外，现有的应用LIBS技术进行土壤和蔬菜的重金属检测的方案中，每次检测所收集到的光谱都存在强度差异，特别当目标元素含量低时，特征谱线的信噪比极不理想，因而影响了微量重金属LIBS检测的准确性、稳定性和实用性，一定程度上限制了LIBS技术得到进一步的发展和应用。而辐射光收集效率是影响上述问题的重要因素之一。因此，现有的亟待解决的技术问题为：如何通过提高辐射光收集效率，进而提高微量重金属LIBS检测的准确性、稳定性和实用性，使LIBS技术得到进一步的发展和应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明一方面提出了一种基于等离子体约束腔的微量重金属检测的LIBS系统，其特征在于，包括：

样品台，用于固定微量重金属的待测样品；

激光器，用于根据所述待测样品的预设检测点的位置产生检测所述待测样品中所含微量重金属含量的激光；

等离子体约束腔，用于与所述样品台的表面构成一腔室，以将所述待测样品的预设检测点罩设于所述腔室中，并使所述待测样品经过所述激光照射后产生的等离子体辐射光从狭缝中透出，所述狭缝开设于所述等离子体约束腔的腔体上；