[实用新型]高重频激光剥离‑火花诱导击穿光谱元素分析系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及应用光谱技术、光谱分析、检测与计量领域，具体涉及一种高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱元素分析系统。

背景技术

在很多场合，需要对样品中的元素进行扫描成像和含量分析。传统的光谱分析方法，如原子吸收光谱、原子荧光光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱和电感耦合等离子体-质谱分析技术等一般需要对样品进行前处理，分析速度慢；基于低重频的激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术作为一种原子光谱分析技术，将一束高能量的脉冲激光聚焦到待分析的样品表面产生高温等离子体，被激光剥离出来的少量物质在高温等离子体中被原子化和离子化，并发出原子或者离子的特征光谱辐射，通过分析光谱强度来实现对样品中元素浓度(或者含量)的分析。该技术具有无需复杂的样品前处理过程、可以实现工业在线和远距离分析等特点，被广泛地应用于各种不同场合的元素分析，还可以实现固体样品二维元素分布的扫描成像分析。然而现有的LIBS技术一般是基于低重复频率(一般为10Hz)的脉冲激光器来开展的，也就是说，即使是单次取样的话，获取数据的频率也就只有10Hz，导致分析速度慢，特别是要完成一幅高分辨的二维元素分布的扫描成像的话，必定要花很长的时间，因而急需进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的不足，提供了一种高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱元素分析系统，该系统成像速度快、分析灵敏度高，能够实现对各种样品中元素的快速扫描成像和含量分析。

本实用新型的目的可以通过如下技术方案实现：

一种高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱元素分析系统，包括用于提供高重复频率脉冲激光的激光器、对脉冲激光进行聚焦的聚焦透镜、固定待测样品并能够在二维平面内移动的样品台、接收脉冲激光并产生脉冲信号的发光二极管、提供高压脉冲的高压脉冲电源、与高压脉冲电源连接并进行限流的第一限流电阻、为放电电极提供电流的电容、与电容连接并进行限流的第二限流电阻、对待测样品产生的等离子体施加高压脉冲并进行火花放电的放电电极、其中高压脉冲电源通过第一限流电阻与电容连接，电容通过第二限流电阻与放电电极连接，还包括对火花放电的发光进行收集的光学收集系统、与光学收集系统连接的光谱仪、与光谱仪连接并将光信号转换为电信号的光电倍增管、数字存储示波器以及电子计算机，数字存储示波器与发光二极管和光电倍增管连接，电子计算机与光谱仪和数字存储示波器连接，对数字存储示波器的数据做数据分析并控制光谱仪的输出波长范围。

进一步地，所述放电电极垂直放置在等离子体的上下方并与待测样品表面平行。

进一步地，所述激光器为声光调Q的Nd:YAG激光器，脉冲重复率为1-10KHZ，单脉冲能量为1-10mJ。

进一步地，所述聚焦透镜为K9玻璃的球透镜，表面镀有增透膜，焦距为10-15cm。

进一步地，所述样品台能够在x轴和y轴方向上平移，使脉冲激光每一次都打在待测样品的不同位置。

进一步地，所述放电电极为钨铈电极，所述发光二极管为硅基PIN二极管，所述高压脉冲电源为直流高压电源，电压0-4000V，最大输出电流为50mA。

进一步地，所述光学收集系统为一组透镜或者为带有透镜的光纤，即光学收集系统通过一组透镜将火花放电产生的发光收集到光谱仪的入射狭缝处，或者通过带有透镜的光纤将火花放电产生的发光收集到光谱仪的入射狭缝处。

进一步地，所述光谱仪的焦距为30或50cm，所述光电倍增管能够用线阵CCD代替，所述数字存储示波器的带宽在200MHZ以上，所述电子计算机为台式或者手提式。

基于上述高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱元素分析系统的元素分析方法包括以下步骤：

S1、激光器产生高重复频率脉冲激光，经聚焦透镜聚焦到样品台上的待测样品上，样品台在二维平面内不停地移动以使脉冲激光打在样品的不同位置，脉冲激光对待测样品进行剥离产生等离子体；

S2、发光二极管接收到脉冲激光后产生一个脉冲信号去同步触发数字存储示波器；

S3、高压脉冲电源经过第一限流电阻给电容充电，电容与第二限流电阻形成放电回路输出高压脉冲，并通过放电电极施加在步骤S1产生的等离子体的上下方，等离子体使放电电极间的空气间隙短路从而触发火花放电；

S4、光学收集系统将火花放电产生的发光收集到光谱仪的入射狭缝处；

S5、与光谱仪连接的光电倍增管将光信号转换为电信号；