[发明专利]基于介质阻挡放电的激光诱导击穿光谱检测系统

说明书

本发明提供了一种基于介质阻挡放电的激光诱导击穿光谱检测系统，包括介质阻挡放电模块和激光诱导击穿光谱模块；介质阻挡放电模块包括两个放电器，两个放电器相互靠近的一端均发射等离子体射流，两条等离子体射流对冲后在待测固体样品的表面形成介质阻挡放电等离子体环境；并且，激光诱导击穿光谱模块包括激光器、光纤探头以及光谱仪，激光器发射的激光通过介质阻挡放电等离子体环境后照射在待测固体样品的表面以产生激光等离子体，激光等离子体在介质阻挡放电等离子体环境中产生光子，光子通过光纤探头采集进入光谱仪。本发明提供的基于介质阻挡放电的激光诱导击穿光谱检测系统可以通过结构的设计改善LIBS的信号重复性，并能够降低击穿阈值。

技术领域

本发明涉及激光诱导击穿光谱技术领域，更为具体地，涉及一种基于介质阻挡放电的激光诱导击穿光谱检测系统。

背景技术

LIBS(激光诱导击穿光谱技术)是一种应用广泛的原子发射光谱技术，可用于分析物质的元素含量。LIBS的基本原理是：将一束脉冲激光聚焦至待分析样品处，烧蚀少量样品物质并产生激光等离子体；在等离子体的衰减过程中，其中的各类粒子辐射出特定波长的光子；采集、转换等离子体辐射的光子可得到光谱，其中包含待分析样品的元素含量信息。相比于传统化学分析技术，LIBS具有测量速度快、样品预处理要求低、多元素同时测量等优势，具有极高的发展潜力。

但在实际应用场景中，LIBS仍存在信号灵敏度较低、重复性较差等问题，限制了该技术的进一步应用与发展。因此，增强信号、改善重复性是LIBS研究的重要内容。为此，一些研究者引入了介质阻挡放电技术(专利文献CN104502330A)，用于液体样品的LIBS测量。该方法的原理是，利用介质阻挡放电形成等离子体射流，使等离子体射流覆盖液体样品，再将激光聚焦于样品表面，使激光等离子体在介质阻挡放电等离子体环境中膨胀。由于介质阻挡放电等离子体含有大量离子、电子，且离子、电子温度高于室温，该环境可减缓激光等离子体的衰减过程，增强信号；同时，由于激光轰击导致的液体样品飞溅是LIBS信号重复性较差的重要原因，等离子体射流可通过抑制液体飞溅改善信号重复性。

但是，经实验验证，介质阻挡放电技术无法直接应用于固体样品的LIBS测量，引入等离子体射流会导致信号重复性进一步降低。其原因在于，固体样品的飞溅较为微弱，等离子体射流的抑制作用可忽略不计，无法有效改善信号重复性；而相较于稳定的空气环境，等离子体射流会恶化环境流场稳定性，导致信号重复性降低。

鉴于这一现状，亟需一种既能增强信号，又能改善重复性的方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种新型的基于介质阻挡放电的激光诱导击穿光谱检测系统，该系统可以利用对冲结构形成稳定流场，改善固体样品的LIBS信号重复性。同时，该系统可以增强信号、降低击穿阈值。

本发明提供的基于介质阻挡放电的激光诱导击穿光谱检测系统，包括介质阻挡放电模块和激光诱导击穿光谱模块；其中，

所述介质阻挡放电模块包括两个相向设置在待测固体样品的上方的放电器，两个所述放电器相互靠近的一端均发射等离子体射流，两条所述等离子体射流对冲后以在所述待测固体样品的表面形成介质阻挡放电等离子体环境；并且，

所述激光诱导击穿光谱模块包括激光器、光纤探头以及光谱仪，所述激光器发射的激光通过所述介质阻挡放电等离子体环境后照射在所述待测固体样品的表面以产生激光等离子体，所述激光等离子体在所述介质阻挡放电等离子体环境中产生光子，所述光子通过所述光纤探头采集进入所述光谱仪。

此外，优选的方案是，所述放电器包括主体管、针形电极、环形电极以及交流电源；其中，

所述主体管的一端作为所述放电器发射端，所述针形电极通过所述主体管的另一端插入所述主体管的内部，所述环形电极套设在所述主体管的外壁上；并且，

所述交流电源的负极与所述针形电极电性连接并接地，所述交流电源的正极与所述环形电极电性连接。