[发明专利]行星开放环境下光质联用的物质检测方法

摘要

本发明公开了一种行星开放环境下光质联用的物质检测方法，该方法是在一种联用物质检测系统上实现的，方法包括微区LIBS粗分析、行星开放环境下的LIBS激光解附、离子粒子气溶胶输运、MS精细分析与光质谱信息融合、微区光质谱分析等五个步骤。本发明的有益效果是，利用行星大气作为载气，以及毛细管的虹吸效应，将LIBS激光器诱导的等离子粒子，高效地传输进MS里进行分析；在质谱模块中，采用飞行时间质谱仪结构，避免ICP需要辅助气体的弊端；光谱仪采用CT结构结合ICCD探测器，可检出微弱飞秒LIBS信号，满足飞秒激光器的光质谱复用要求。

主权项

一种行星开放环境下光质联用的物质检测方法，该方法是在LIBS与MS的联用物质检测系统上实现的，所述联用物质检测系统由主控制器(5)、MS模组(1)、LIBS模组(13)、光质谱耦合模组(33)和辅助模组(32)组成；其特征在于所述的光质联用的物质检测方法包括以下步骤：1)微区LIBS粗分析主控制器里的主控软件设定ICCD光谱仪的曝光时间T，发出指令启动数字延迟器，数字延迟器按LIBS工作模式下的LIBS激光器的脉冲频率及延时Dt启动LIBS激光器及ICCD光谱仪；LIBS激光器发出沿发射光轴传输的脉冲激光经扩束镜扩束后；经二维扫描振镜反射，沿转折光轴传播；再经双色镜全反后沿主光轴传输，再经紫外显微物镜聚焦至探测对象的聚焦点；聚焦点处激发出的LIBS光谱信号反向穿过紫外显微物镜沿主光轴传输，穿过双色镜后，经全反镜全反射后转向接收光轴，经光纤耦合镜耦合进光纤，然后传输进ICCD光谱仪，其内部的ICCD探测器按Dt的延时以及T的曝光时间进行LIBS的信号采集；随后送入主控制器内，主控软件对LIBS谱线进行定性和定量分析，初步得到探测对象的聚焦点附近物质的元素构成与含量；2)行星开放环境下的LIBS激光解附主控制器里的主控软件进入光质谱联用工作模式，发出指令给数字延迟器，数字延迟器按光质谱联用模式下LIBS激光器的脉冲频率启动LIBS激光器；LIBS激光器发出的高重频脉冲激光聚焦至探测对象的聚焦点，其在聚焦点表面形成的高温高压，将在聚焦点上进行烧蚀解附，激发出持续的等离子粒子气溶胶；3)离子粒子气溶胶输运主控制器按照设定的初始抽气速度，开启质谱气泵与输运气泵；当这两个气泵开启后，LIBS激光器激光烧蚀解附产生的等离子体气溶胶在开放环境的行星大气的带动下进入毛细管，形成管内等离子体粒子流，并沿毛细管流向MS模组，其流速和输运气泵的抽气速度有关，抽气速度由流量计监控，实时流量计的读数被传送到主控制器，主控制器根据这个读数改变输运气泵的抽气速度，以形成稳定的等离子体粒子流。等离子体粒子流在行星大气的承载下流进回流管，到达取样锥的锥尖位置，行星大气经由回流管被抽出，重新回到行星的开放大气环境中；4)MS精细分析与光质谱信息融合而等离子体粒子流在取样锥的锥尖位置形成富集区，并进入取样锥，取样锥与截取锥之间被质谱气泵抽成高度真空，形成负压以方便等离子体粒子流输运，这些等离子体粒子流穿过取样锥锥孔先后进入截取锥与分离锥，再进入MS模组的飞行时间质谱仪，根据在飞行时间质谱仪中飞行到达质谱探测器的不同时间的粒子记数，并将其传送至主控制器中的主控软件进行分析，可得出等离子体粒子流元素的组成及其精确含量；将质谱分析得到的精细组成与步骤1)LIBS分析得到的粗确结果，进行光质谱的信息融合，得到某一聚焦点的物质组成融合信息；5)微区光质谱分析主控制器发出指令给扫描驱动器，扫描驱动器控制改变二维扫描振镜角度，使得转折光轴可在两维平面进行扫描；随着转折光轴的两维扫描，带动主光轴也做两维扫描，聚焦点也在探测区做两维扫描，在扫描的过程中，重复步骤1)至步骤4)从而实现两维微区分析。