[实用新型]基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统

说明书

本实用新型提供了一种基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统，所述系统包括激光发射机构、环状磁场机构、检测机构、信号采集机构和计算机；所述检测机构包括用于放置被测样品的置物台，所述环状磁场机构包括环绕所述置物台设置的N极大磁铁、S极大磁铁、第一N极小磁铁、第二N极小磁铁、第一S极小磁铁和第二S极小磁铁；本实用新型将激光诱导击穿光谱技术与环状磁场约束组合测量具有更高的灵敏度和准确度，本实用新型采用的是环状磁场，为激光诱导击穿光谱技术的谱线增强方法提供了新的思路，在该领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本实用新型涉及光谱检测技术领域，具体地说是涉及一种基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统。

背景技术

激光诱导击穿光谱技术是原子发射光谱法的一种常见技术。该技术是将高功率激光脉冲聚焦到样品表面上产生等离子体，并通过光谱探测器探测等离子体所发射出的光谱信号，通过分析谱图中元素对应的特征峰强度即可用于样品的定性以及定量分析。激光诱导击穿光谱技术具备无需对样品进行预处理，同时对多种元素进行检测的特点，且对样品消耗量极低以及破坏性小，实现微损甚至近于无损检测，因此在冶金、土壤等分析领域具有广阔的应用前景。

近年来的研究表明激光诱导击穿光谱技术尚有欠缺。比如重复性较差，定量分析精度较差等。重复性较差通常采用多次试验取平均值的方法来弥补；而定量分析精度较差的问题则常需要在激光诱导击穿光谱技术系统中增加约束进行改善。如增加磁场约束、腔体约束，采用双脉冲激发，增加纳米金属颗粒，预加热等，以上方法均可改善光谱信号信噪比，提高定量分析的精度。

通过调研可知，对于激光诱导击穿光谱增强技术中，空间约束、预加热、磁场约束等具有代表性。空间约束凭借操作简单、容易实现等优点被广泛使用。但是由于压缩的不均匀性，导致无法获得最大的光谱增强率；预加热是影响LIBS谱线强度的重要方法，通过改变样品的初始温度使谱线发射强度随样品温度的升高而增强，导致特征谱线发射强度增强，但环境的可变性导致等离子体的前沿与空气接触产生不稳定性；磁场约束则是将待测样品放置在磁场的中心，入射激光聚焦于样品表面，等离子体在磁场中产生。等离子体内部的粒子在磁力线的作用下碰撞几率增加，导致原子谱线和离子谱线的信号强度增强。同时，磁力线的约束作用会限制等离子体膨胀和扩散的速度，使等离子体留存时间延长，在磁场约束下的碰撞几率增强导致电子温度和电子密度增加。

激光诱导击穿光谱检测系统进行磁场约束时，采用的都是在被测物体左右放两块磁性相反的永磁铁，由不导磁的支架固定放置在样品左右以形成稳定磁场。磁力线的约束作用会限制等离子体膨胀和扩散的速度，使等离子体内部的粒子在磁力线的作用下碰撞几率增加，从而导致原子谱线和离子谱线的信号强度增强。

为了更好的增强磁场对等离子体限制作用，延长等离子体在磁场中的留存时间，增强电子和离子的碰撞几率。本实用新型将样品左右放置两个磁性相反的大磁铁，上下放置四个磁性相反的小磁铁，六个磁铁使样品周围形成一个环状磁场。利用环状磁场和激光诱导击穿光谱技术相结合搭建一个系统，此系统能够更好的提高样品中重金属元素的光谱强度、降低检测限，并且更有效增强等离子体的光谱特性，使得测量结果更加准确。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统，以解决现有测量系统对等离子体约束作用相对较弱，测量效果不理想的问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种基于环状磁约束技术的击穿光谱检测系统，所述系统包括激光发射机构、环状磁场机构、检测机构、信号采集机构和计算机；

所述激光发射机构包括Nd：YAG激光器、反射镜和聚焦透镜，所述Nd：YAG激光器用于发射脉冲激光，所述反射镜用于改变脉冲激光的传播方向，所述聚焦透镜用于对脉冲激光进行会聚，经会聚后的脉冲激光射入所述检测机构；