[发明专利]基于激光诱导击穿光谱的便携式烟气重金属元素检测系统

说明书

一种基于激光诱导击穿光谱的便携式烟气重金属元素检测系统，包括：脉冲激光器，产生纳秒激光脉冲，用于击穿待测烟气产生等离子体发光光子；气体腔，通过第一光纤与所述脉冲激光器相连，为待测烟气样品的检测区域；第二光纤，一端固定于所述光纤耦合接口，其光纤头设置于所述第二透镜的焦平面上并对准第二透镜的焦点位置，用于将等离子体发光光子耦合进入第二光纤中；光谱仪，与所述第二光纤另一端相连，用于解析待测烟气中危害物的种类以及在烟气中的丰度；抽气泵，通过管道与所述气体腔第二部分相连，相连接的管道上设置有出气阀；以及气体袋，用于填充待测烟气样品，通过管道与所述气体腔第二部分相连，相连接的管道上设置有进气阀。

技术领域

本公开涉及烟气成分检测领域，尤其涉及一种基于激光诱导击穿光谱的便携式烟气重金属元素检测系统。

背景技术

吸烟有害身体健康已经形成广泛共识。除了传统的有机危害物之外，香烟烟气中还包含多种重金属元素，如铅、铬、镉、钋、铀等，具有极强的毒性。烟气中重金属元素主要来源于烟草植物对土壤重金属的吸收，经燃烧释放到空气中，对人体健康造成严重的危害。据统计，仅在美国每年就有48万例过早死与吸烟有关，其中39％是由于心脏病和中风，36％的死亡案例是因为癌症，还有24％是由于肺部疾病。

香烟烟气不仅损害吸烟群体的身体健康，同样也对非吸烟群体的健康构成威胁。吸烟者吐出的烟雾以及香烟燃烧时产生的侧流烟构成所谓的二手烟，在被非吸烟者被动吸入后同样会对健康造成危害。国际癌症研究会已将二手烟列为致癌物质，数据显示每年在美国大约7300例的死完病例是与接触二手烟有关。此外，二手烟造成被动吸烟者的心脏病发病几率增加25-30％，肺癌发病率增加20％-30％。二手烟对孕妇和儿童的危害尤其严重。据最新统计，目前中国的烟民数量已经超过3亿，中国人口过于集中，大中城市人口密度大，也给二手烟的防控造成困难。因此，如何快速评估二手烟特别是烟气中重金属的危害性，成为当前二手烟评估的关键问题之一。

对于烟气中重金属元素的检测，现有的手段主要有原子吸收光谱、电感耦合等离子体-原子发射光谱、电感耦合等离子体-质谱、高性能气相色谱-质谱联用等。这些方法的样品准备过程繁琐、测量时间较长，且很难应用于烟气的现场检测。因此，需要提供一种快速的烟气重金属元素的检测方法和系统，能够同时实现烟气中重金属元素的高灵敏检测，满足公共区域烟气的现场检测和评估需求。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于激光诱导击穿光谱的便携式烟气重金属元素检测系统，以缓解现有技术中检测准备过程繁琐、测量时间较长，且很难应用于烟气的现场检测等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于激光诱导击穿光谱的便携式烟气重金属元素检测系统，包括：脉冲激光器，产生纳秒激光脉冲，用于击穿待测烟气产生等离子体发光光子；气体腔，通过第一光纤与所述脉冲激光器相连，为待测烟气样品的检测区域；包括：气体腔第一部分，包括：第一透镜，设置于气体腔第一部分内，边缘与气体腔第一部分的内壁密封设置；第二透镜，设置于第一透镜之后并与第一透镜共轴，为非球透镜；以及光纤耦合接口，设置于气体腔第一部分的侧壁；气体腔第二部分，包括：进气口以及出气口；第二光纤，一端固定于所述光纤耦合接口，其光纤头设置于所述第二透镜的焦平面上并对准第二透镜的焦点位置，用于将等离子体发光光子耦合进入第二光纤中；光谱仪，与所述第二光纤另一端相连，用于解析待测烟气中危害物的种类以及在烟气中的丰度；抽气泵，通过管道与所述气体腔第二部分相连，相连接的管道上设置有出气阀，用于对气体腔进行抽气，使待测烟气快速填充和置换；以及气体袋，用于填充待测烟气样品，通过管道与所述气体腔第二部分相连，相连接的管道上设置有进气阀。

在本公开实施例中，所述脉冲激光器产生的纳秒激光脉冲宽度小于10ns，脉冲能量大于50mJ。

在本公开实施例中，所述气体腔第一部分和气体腔第二部分通过密封圈和螺丝密封连接，且可拆卸。