[发明专利]一种微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的装置和方法

说明书

本发明公开了一种微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的装置和方法。所述装置包括脉冲激光器、会聚透镜、光谱仪、光电探测器、计算机、三维位移平台、微波探针和微波发生器。本发明利用微波辅助激发具有良好穿透能力，对等离子体中几乎所有元素的基态粒子进行同时激发，避免对中心同类元素发射光谱的自吸收，而且从源头出发来抑制并消除等离子体的自吸收效应，以提高激光诱导击穿光谱定量分析的准确度和精密度。本发明采用微波进行辅助激光诱导击穿光谱，微波能量通过探针近场辐射给激光等离子体，而不需要封闭腔，样品装载过程的简单，而且保留了激光诱导击穿光谱在大气环境中能实现快速、原位、实时、多元素、远程分析等优点。

技术领域

本发明涉及等离子体发射光谱分析领域，具体涉及一种微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的装置和方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy，简称LIBS)，是一种元素光谱检测分析技术。其基本原理是利用一束高能量脉冲激光聚焦到待测样品表面，烧蚀产生激光等离子体，根据等离子体发射光谱的波长和强度来获取待测样品的元素种类及其浓度。由于激光诱导击穿光谱技术相对于传统的分析技术具有许多固有优点，如元素分析样品广泛、样品预处理简单、原位实时、远程检测等。因此，激光诱导击穿光谱技术已经成为国内外的研究热点。

经过50多年的发展，LIBS的定性分析已经获得了广泛认可。跟传统的元素分析技术相比，LIBS的定量分析精度还存在差距。目前，LIBS技术的研究重点和难点集中在定量分析方面。由于LIBS采用激光作为激发源，激光与物质相互作用的复杂性导致了激光等离子体时空分布的不均匀性，等离子体中心区域温度高，而外层区域温度低，含有大量的基态粒子。当等离子体中心区域的激发态粒子向外辐射能量时，会被外层的基态粒子所吸收，从而导致所测的谱线强度减弱和变形的现象，即自吸收效应(Self-absorption effect)。自吸收效应的存在严重干扰了激光等离子体的发射光谱，破坏了光谱强度与元素浓度之间原本的线性映射关系，是造成LIBS定量分析精准度差的重要原因。因此，要实现LIBS的精准定量分析，必须克服自吸收效应引起的负面影响。

中国专利文献《一种抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的方法》(公告号为CN105067592A，公告日为2015年11月18日)公开了一种抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的方法，该方法采用脉冲激光对待测样品进行烧蚀产生等离子体后，再利用波长可调谐的激光器对等离子体进行选择性激发来抑制自吸收效应。虽然该方法相对于传统的自吸收效应校正方法来说，是从等离子体的本征物理特性出发来消除自吸收效应，然而，该方法存在以下两个方面的不足，一是该方法一次只能针对一种元素的一条谱线的自吸收进行抑制，效率低；二是所采用的OPO波长可调谐激光器价格昂贵、体积大、操作繁琐，且对环境要求恒温和恒湿等，导致维护困难。因此，如何实现从源头抑制甚至消除激光等离子体自吸收效应，同时实现对多元素光谱线的自吸收效应的抑制，并降低激光诱导击穿光谱分析仪器的成本将成为激光诱导击穿光谱技术研究的重点之一。

发明内容

本发明提供了一种微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的装置，其目的在于降低现有激光诱导击穿光谱分析仪的成本，减小仪器的体积，提高仪器使用的便利性，并从源头实现同时对多元素光谱线的自吸收效应的抑制，以提高激光诱导击穿光谱定量分析准确度和精密度。

为了达到上述目标，本发明主要通过以下技术方案来实现：

一种微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱自吸收效应的装置，包括脉冲激光器、会聚透镜、光谱仪、光电探测器、计算机、三维位移平台、微波探针和微波发生器；其中：

所述脉冲激光器用于输出脉冲激光，其输出激光经会聚透镜聚焦到三维位移平台表面；

所述微波探针尖端对准所述会聚透镜在三维位移平台上的聚焦点，用于向该聚焦点辐射微波；微波探针输入端接微波发生器，用于馈入微波；