一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置的制造方法
专利名称:一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于设有一个气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光LIBS检测装置组成的系统，通过过滤器对以气溶胶形态悬浮在大气中的重金属元素进行富集，大大提高了激光诱导击穿光谱技术对大气中多种重金属元素的检测灵敏度，并建立了富集的重金属含量与空气中重金属元素含量的一一对应关系，为定量检测创造条件，可快速、准确地检测出多种重金属元素的浓度值。
【专利说明】
—种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置
技术领域
[0001]本实用新型属于光谱检测技术领域，具体涉及一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置。
【背景技术】
[0002]随着工业技术的迅速发展，工业粉尘的排放、天然能源的燃烧利用、汽车尾气以及汽车轮胎磨损等产生的大量含有重金属的有害气体和粉尘等给生态环境和人类健康造成了严重的危害，因此，有必要对大气环境中重金属及其化合物进行检测。
[0003]目前，大气气溶胶中重金属元素检测方法主要有原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)、电磁耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，这些测量方法虽然具有较高的检测精度，这些技术都需要先采样，然后用附加试剂对采样样品进行复杂的前期处理，这不仅大大增加了检测所需要的时间，同时，附加试剂往往对环境有害，必然导致检测过程中产生二次污染，降低了检测精度。此外还有X射线荧光光谱法，该方法虽然不需要太过复杂的前期处理，但是其检出限不够低，且对人体有害。因此发展一种快速、实时、可同时检测多种元素的大气气溶胶中重金属污染检测技术就显得尤为必要。
[0004]激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是在国际上于近年来发展起来的一种新的光谱分析技术。相比前几种分析方法，激光诱导击穿光谱技术具有:无需任何样品准备过程、分析速度快、不受样品形态的限制、样品的消耗量很少、可以实现无接触和远距离的分析、适用于在线检测等优越性，在元素成份分析检测领域受到广泛关注。大气中的重金属元素基本上都是金属化合物，并以气溶胶形态存在，由于大气环境中重金属含量较低，受LIBS技术发展水平的限制，LIBS在大气中直接探测重金属元素污染时灵敏度不够，因此采用LIBS技术直接检测大气中重金属污染的研究尚很少。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对现有技术在大气气溶胶检测中的不足，提出了一种大气气溶胶中元素高灵敏检测装置，该装置的突出特点是通过具有流量控制的过滤器对大气重金属元素的富集方式，把低浓度的气体中重金属检测问题，转换成具有较高重金属浓度固体样品检测，有效地提高了检测的灵敏度。
[0006]—种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于设有一个由气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置组成的系统，富集装置由质量流量控制器、滤纸和气栗通过管道连接构成，双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置用两个脉冲NcUYAG激光器和光谱检测系统组成。
[0007]所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置采用质量流量控制器、气栗通过管道连接在一起，流量控制器、气栗之间装上纸平面方向垂直于管道方向的滤纸，气栗抽运气体，经流量控制器和管道通过滤纸，以悬浮颗粒和气溶胶状态存在的重金属吸附在滤纸上，通过控制流经管道的流量，得到系列流过了不同体积气体的样品，该系列样品含有不同的重金属含量。
[0008]所述的双脉冲激光诱导击穿光谱检测装置主要由两个脉冲Nd:YAG激光器波长1064nm，脉冲宽度6ns，重复率20Hz和光谱检测系统组成，两个激光器发出的激光同轴共线传播，并利用一个焦距56.0mm的熔融石英平凸透镜聚焦，垂直打到样品表面，产生等离子体辐射光谱，光谱仪记录并采集光谱，第一和第二激光的脉冲能量均为10mJ激光外触发方式工作，第二个激光器与第一个激光器的脉冲时间间隔，通过延迟脉冲发生器DG535控制。
[0009]运用本实用新型一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置具有的有益效果是:
[0010]一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，利用质量流量控制器、过滤器和气栗建立气溶胶中重金属的富集装置，再用LIBS检测待测物质浓度得到明显增强的过滤样品，一方面通过过滤器对大气重金属元素的富集方式，把低浓度的气体中重金属检测问题，转换成具有较高重金属浓度固体样品检测；另一方面用过滤器富集气溶胶中的重金属，气体通过过滤器中滤纸后，滤纸富集的重金属与流过的气体体积成正比，建立了富集的重金属含量与空气中重金属元素含量的一一对应关系，为定量检测创造条件;再者，采用双脉冲LIBS技术不仅增强了特征光谱强度、提高检测灵敏度与光谱的信背比，降低了检测限，同时产生的信号光谱具有较小的相对标准偏差，这使LIBS技术具有更高的准确性及可重复性。该装置从以上三个方面有效地提高了定量检测大气气溶胶中元素的灵敏度。
【附图说明】
[0011]图1、图2为本实用新型一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置。
[0012]其中进气管道1、质量流量控制器2、采样滤纸3、金属网4、真空栗5、光谱仪6、YAG激光器7、DG535脉冲发生器8、计算机9、光纤10、平面反射镜11、聚焦透镜12、载物台13。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0014]—种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，包括YAG激光器7、聚焦透镜
11、光纤10、光谱仪6、DG535脉冲发生器8和计算机9，其特征在于设有一个气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光LIBS检测装置组成的系统，通过气栗将大气中的以气溶胶形式存在的重金属及其化合物压入具有流量控制的空气过滤器中达到重金属元素的富集，再用LIBS检测待测物质浓度得到明显增强的过滤样品，以此来提高LIBS检测的灵敏度。
[0015]所述的富集装置由进气管道1、质量流量控制器2、采样滤纸3、金属网4、真空栗5构成，气体从进气管道I进入经质量流量控制器2到达采样滤纸3，采样滤纸3垂直于管道放置使气体能够均匀的到达滤纸表面得到富集，金属网4也垂直于管道放置于管道内部采样滤纸3的后面，用来防止在抽气的过程中采样滤纸3被吸入真空栗5。通过控制流经管道的流量，得到系列流过了不同体积气体(即不同重金属含量)的样品。
[0016]将富集一定体积气体中重金属的采样滤纸3放在检测装置中的载物台13上，打开脉冲激光器7，在DG535脉冲发生器8的控制下，激光束经平面反射镜11改变方向到达聚焦透镜12，经透镜12光束得到聚焦，调节载物台和透镜的相对位置使采样滤纸3处于聚焦透镜12的焦点附近，激光诱导滤纸表面产生的等离子体光谱经光纤10传入光谱仪6中并送入计算机9进行数据的处理与物质元素的分析。
【主权项】
1.一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于设有一个由气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置组成的系统，富集装置由质量流量控制器、滤纸和气栗通过管道连接构成，双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置用两个脉冲Nd: YAG激光器和光谱检测系统组成。2.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置采用质量流量控制器、气栗通过管道连接在一起，流量控制器、气栗之间装上滤纸，滤纸表面垂直于管道中气体流动方向，气栗抽运气体，经流量控制器和管道通过滤纸，以悬浮颗粒和气溶胶状态存在的重金属吸附在滤纸上，通过控制流经管道的流量，得到系列流过了不同体积气体的样品，该系列样品含有不同的重金属含量。3.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，所述的双脉冲激光诱导击穿光谱检测装置主要由两个脉冲Nd: YAG激光器波长1064nm，脉冲宽度6ns，重复率20Hz和光谱检测系统组成，两个激光器发出的激光同轴共线传播，并利用一个焦距56.0mm的熔融石英平凸透镜聚焦，垂直打到样品表面，产生等离子体辐射光谱，光谱仪记录并采集光谱，第一和第二激光的脉冲能量均为100mJ，激光在外触发方式下工作，第二个激光器与第一个激光器的脉冲时间间隔，通过延迟脉冲发生器DG535控制。4.根据权利要求2所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置中，有一质量流量计，用于控制通过过滤器的气体体积。5.根据权利要求2所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置中，有一金属网，用于保护滤纸，使滤纸在抽气过程中保持平整状态。
【文档编号】G01N21/71GK205691507SQ201620328819
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年4月14日 公开号201620328819.5, CN 201620328819, CN 205691507 U, CN 205691507U, CN-U-205691507, CN201620328819, CN201620328819.5, CN205691507 U, CN205691507U
【发明人】刘燕杰, 周卫东, 陈芳芳, 李佩展, 侯铭铭
【申请人】浙江师范大学
【专利摘要】本实用新型公开了一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于设有一个气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光LIBS检测装置组成的系统，通过过滤器对以气溶胶形态悬浮在大气中的重金属元素进行富集，大大提高了激光诱导击穿光谱技术对大气中多种重金属元素的检测灵敏度，并建立了富集的重金属含量与空气中重金属元素含量的一一对应关系，为定量检测创造条件，可快速、准确地检测出多种重金属元素的浓度值。
【专利说明】
—种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置
技术领域
[0001]本实用新型属于光谱检测技术领域，具体涉及一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置。
【背景技术】
[0002]随着工业技术的迅速发展，工业粉尘的排放、天然能源的燃烧利用、汽车尾气以及汽车轮胎磨损等产生的大量含有重金属的有害气体和粉尘等给生态环境和人类健康造成了严重的危害，因此，有必要对大气环境中重金属及其化合物进行检测。
[0003]目前，大气气溶胶中重金属元素检测方法主要有原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)、电磁耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，这些测量方法虽然具有较高的检测精度，这些技术都需要先采样，然后用附加试剂对采样样品进行复杂的前期处理，这不仅大大增加了检测所需要的时间，同时，附加试剂往往对环境有害，必然导致检测过程中产生二次污染，降低了检测精度。此外还有X射线荧光光谱法，该方法虽然不需要太过复杂的前期处理，但是其检出限不够低，且对人体有害。因此发展一种快速、实时、可同时检测多种元素的大气气溶胶中重金属污染检测技术就显得尤为必要。
[0004]激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是在国际上于近年来发展起来的一种新的光谱分析技术。相比前几种分析方法，激光诱导击穿光谱技术具有:无需任何样品准备过程、分析速度快、不受样品形态的限制、样品的消耗量很少、可以实现无接触和远距离的分析、适用于在线检测等优越性，在元素成份分析检测领域受到广泛关注。大气中的重金属元素基本上都是金属化合物，并以气溶胶形态存在，由于大气环境中重金属含量较低，受LIBS技术发展水平的限制，LIBS在大气中直接探测重金属元素污染时灵敏度不够，因此采用LIBS技术直接检测大气中重金属污染的研究尚很少。
【发明内容】
[0005]本实用新型针对现有技术在大气气溶胶检测中的不足，提出了一种大气气溶胶中元素高灵敏检测装置，该装置的突出特点是通过具有流量控制的过滤器对大气重金属元素的富集方式，把低浓度的气体中重金属检测问题，转换成具有较高重金属浓度固体样品检测，有效地提高了检测的灵敏度。
[0006]—种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于设有一个由气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置组成的系统，富集装置由质量流量控制器、滤纸和气栗通过管道连接构成，双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置用两个脉冲NcUYAG激光器和光谱检测系统组成。
[0007]所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置采用质量流量控制器、气栗通过管道连接在一起，流量控制器、气栗之间装上纸平面方向垂直于管道方向的滤纸，气栗抽运气体，经流量控制器和管道通过滤纸，以悬浮颗粒和气溶胶状态存在的重金属吸附在滤纸上，通过控制流经管道的流量，得到系列流过了不同体积气体的样品，该系列样品含有不同的重金属含量。
[0008]所述的双脉冲激光诱导击穿光谱检测装置主要由两个脉冲Nd:YAG激光器波长1064nm，脉冲宽度6ns，重复率20Hz和光谱检测系统组成，两个激光器发出的激光同轴共线传播，并利用一个焦距56.0mm的熔融石英平凸透镜聚焦，垂直打到样品表面，产生等离子体辐射光谱，光谱仪记录并采集光谱，第一和第二激光的脉冲能量均为10mJ激光外触发方式工作，第二个激光器与第一个激光器的脉冲时间间隔，通过延迟脉冲发生器DG535控制。
[0009]运用本实用新型一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置具有的有益效果是:
[0010]一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，利用质量流量控制器、过滤器和气栗建立气溶胶中重金属的富集装置，再用LIBS检测待测物质浓度得到明显增强的过滤样品，一方面通过过滤器对大气重金属元素的富集方式，把低浓度的气体中重金属检测问题，转换成具有较高重金属浓度固体样品检测；另一方面用过滤器富集气溶胶中的重金属，气体通过过滤器中滤纸后，滤纸富集的重金属与流过的气体体积成正比，建立了富集的重金属含量与空气中重金属元素含量的一一对应关系，为定量检测创造条件;再者，采用双脉冲LIBS技术不仅增强了特征光谱强度、提高检测灵敏度与光谱的信背比，降低了检测限，同时产生的信号光谱具有较小的相对标准偏差，这使LIBS技术具有更高的准确性及可重复性。该装置从以上三个方面有效地提高了定量检测大气气溶胶中元素的灵敏度。
【附图说明】
[0011]图1、图2为本实用新型一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置。
[0012]其中进气管道1、质量流量控制器2、采样滤纸3、金属网4、真空栗5、光谱仪6、YAG激光器7、DG535脉冲发生器8、计算机9、光纤10、平面反射镜11、聚焦透镜12、载物台13。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本实用新型作进一步的说明:
[0014]—种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，包括YAG激光器7、聚焦透镜
11、光纤10、光谱仪6、DG535脉冲发生器8和计算机9，其特征在于设有一个气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光LIBS检测装置组成的系统，通过气栗将大气中的以气溶胶形式存在的重金属及其化合物压入具有流量控制的空气过滤器中达到重金属元素的富集，再用LIBS检测待测物质浓度得到明显增强的过滤样品，以此来提高LIBS检测的灵敏度。
[0015]所述的富集装置由进气管道1、质量流量控制器2、采样滤纸3、金属网4、真空栗5构成，气体从进气管道I进入经质量流量控制器2到达采样滤纸3，采样滤纸3垂直于管道放置使气体能够均匀的到达滤纸表面得到富集，金属网4也垂直于管道放置于管道内部采样滤纸3的后面，用来防止在抽气的过程中采样滤纸3被吸入真空栗5。通过控制流经管道的流量，得到系列流过了不同体积气体(即不同重金属含量)的样品。
[0016]将富集一定体积气体中重金属的采样滤纸3放在检测装置中的载物台13上，打开脉冲激光器7，在DG535脉冲发生器8的控制下，激光束经平面反射镜11改变方向到达聚焦透镜12，经透镜12光束得到聚焦，调节载物台和透镜的相对位置使采样滤纸3处于聚焦透镜12的焦点附近，激光诱导滤纸表面产生的等离子体光谱经光纤10传入光谱仪6中并送入计算机9进行数据的处理与物质元素的分析。
【主权项】
1.一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于设有一个由气体中重金属元素的富集装置和双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置组成的系统，富集装置由质量流量控制器、滤纸和气栗通过管道连接构成，双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测装置用两个脉冲Nd: YAG激光器和光谱检测系统组成。2.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置采用质量流量控制器、气栗通过管道连接在一起，流量控制器、气栗之间装上滤纸，滤纸表面垂直于管道中气体流动方向，气栗抽运气体，经流量控制器和管道通过滤纸，以悬浮颗粒和气溶胶状态存在的重金属吸附在滤纸上，通过控制流经管道的流量，得到系列流过了不同体积气体的样品，该系列样品含有不同的重金属含量。3.根据权利要求1所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，所述的双脉冲激光诱导击穿光谱检测装置主要由两个脉冲Nd: YAG激光器波长1064nm，脉冲宽度6ns，重复率20Hz和光谱检测系统组成，两个激光器发出的激光同轴共线传播，并利用一个焦距56.0mm的熔融石英平凸透镜聚焦，垂直打到样品表面，产生等离子体辐射光谱，光谱仪记录并采集光谱，第一和第二激光的脉冲能量均为100mJ，激光在外触发方式下工作，第二个激光器与第一个激光器的脉冲时间间隔，通过延迟脉冲发生器DG535控制。4.根据权利要求2所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置中，有一质量流量计，用于控制通过过滤器的气体体积。5.根据权利要求2所述的一种大气气溶胶中重金属元素高灵敏定量检测装置，其特征在于，气体中重金属元素的富集装置中，有一金属网，用于保护滤纸，使滤纸在抽气过程中保持平整状态。
【文档编号】G01N21/71GK205691507SQ201620328819
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年4月14日 公开号201620328819.5, CN 201620328819, CN 205691507 U, CN 205691507U, CN-U-205691507, CN201620328819, CN201620328819.5, CN205691507 U, CN205691507U
【发明人】刘燕杰, 周卫东, 陈芳芳, 李佩展, 侯铭铭
【申请人】浙江师范大学
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