一种液体中元素高灵敏快速检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种液体中元素高灵敏快速检测装置包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触发器和计算机，其特征在于所述一种液体中元素高灵敏快速检测装置设有一个由真空腔体和脉冲进样装置组成的系统，真空腔体与脉冲进样装置通过导管相连。该装置的突出特点是利用真空环境下对不同直径的液柱样品进行快速检测，一方面真空环境减少了周围气体对等离子体膨胀的限制以及空气背景谱线对等离子体光谱的干扰；另一方面液体以细液柱的形式被激光激发，克服了液面波动和原子辐射淬灭等负面效应，有利于激光诱导产生较强和稳定的等离子体辐射；再者，采用可控的脉冲液柱样品，有利于提高检测的稳定性和减少样品消耗。
【专利说明】一种液体中元素高灵敏快速检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光诱导击穿光谱技术物质元素分析领域，具体涉及一种液体中元素 高灵敏快速检测装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的发展，我国在重金属的开采、冶炼、加工过程中，因未能做适当的 处理，导致不少重金属进入大气、水、土壤中，给生态环境造成了严重的危害，其中水环境 的重金属污染尤其突出，因此有必要对水中重金属元素进行检测。目前，水环境重金属 检测所用到的技术有电化学分析、原子吸收光谱分析（AAS)、电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱法质谱法（ICP-MS)等。这些方法基本上都需要附加试 剂对样品进行分离或富集处理，使得检测过程变得复杂而且耗时，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。而且上述的方法除了 ICP-AES外，其他的方法 每次只能对单一的样品进行检测，而ICP-AES方法虽然能够一次检测多种样品，但是该方 法需要复杂的预处理操作。因此发展一种快速、实时、可同时检测多种元素的水环境重金属 污染检测技术就显得尤为必要。
[0003] 激光诱导击穿光谱技术（LIBS)作为一种新的物质元素检测技术，由于具有不需 要对样品进行预处理、所需样品的量很少、研究对象再污染几率小、可以同时对多种元素进 行在线分析等优点，被广泛地应用于水、土壤和空气污染等领域，正发展成为一种极具应用 前景的物质成分检测技术。目前LIBS在气体和固体中的检测具有较高的稳定性和灵敏度， 甚至实现了产品化。但是，在液体样品中的检测时，由于液面波动和原子辐射淬灭等负面效 应从而导致LIBS在液体中的探测灵敏度很低。
【发明内容】
[0004] 本发明针对现有技术的不足，提出了一种液体中元素高灵敏快速检测装置，该装 置的突出特点是利用真空环境下对不同直径的液柱样品进行快速检测，一方面真空环境减 少了周围气体对等离子体膨胀的限制以及空气背景谱线对等离子体光谱的干扰；另一方面 液体以细液柱的形式被激光激发，克服了液面波动和原子辐射淬灭等负面效应，有利于激 光诱导产生较强和稳定的等离子体辐射；再者，采用可控的脉冲液柱样品，有利于提高检测 的稳定性和减少样品消耗。该装置从以上三个方面有效地提高了检测液体中元素的灵敏 度。
[0005] 本发明的具体技术方案是：
[0006] -种液体中元素高灵敏快速检测装置包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、 触发器和计算机，其特征在于所述一种液体中元素高灵敏快速检测装置设有一个由真空腔 体和脉冲进样装置组成的系统，真空腔体与脉冲进样装置通过导管相连。
[0007] 所述的真空腔体由圆柱体容器、收样装置、排样装置和真空泵构成，圆柱体容器右 下方与真空泵通过导管连接，收样装置位于圆柱体容器底部，与外部的排样装置也通过导 管连接，圆柱体侧面设有四个透明的窗口前后左右两两对称，脉冲激光通过聚焦透镜经圆 柱体容器左边的窗口聚焦到液柱中心后经右边的窗口透射，后面窗口装有一个聚焦透镜， 光纤通过此透镜采集光谱并送到计算机，前面窗口可以观察光谱采集情况。
[0008] 所述的脉冲进样装置由样品容器、电控脉冲阀门和可更换的细小针孔构成，电控 脉冲阀门和可更换的细小针孔依次位于连接样品容器和圆柱体容器的导管上，电控脉冲阀 门可控制液柱的形成和持续时间使之与脉冲激光同步，针孔直径的选取范围为50um-lmm。
[0009] 所述的真空泵和排样装置与圆柱体容器连接的导管都装有开关阀门，保证检测 时，圆柱体容器内部为真空环境。
[0010] 运用本发明检测装置进行检测的过程如下：
[0011] 打开真空泵阀门，利用真空泵实现腔体真空环境。真空腔体内气压低，而进样装置 样品容器与外面大气相连，大气压作用在液面上，由于内外压力差的作用，使得当进样装置 中脉冲阀门打开时，液体从针孔中射出，形成射流液柱，调节脉冲阀门的开关时间和持续时 间，可使得喷射的液柱在针孔附近与经透镜聚焦后的激光相互作用，产生的等离子体光谱 被装有聚焦透镜的收集窗口收集并经光纤传入光谱仪中，光谱仪进一步的将数据传输到计 算机进行处理和分析。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明的一种液体中元素高灵敏快速检测装置。
[0013] 其中圆柱体容器1、样品容器2、收样装置3、排样装置4、真空泵5、光谱仪6、计算 机7、DG535触发器8、YAG激光器9、光纤10、聚焦透镜11、针孔12、收集窗口 13、透光窗口 14、观察窗口 15、进光窗口 16、电控脉冲阀门17。
【具体实施方式】
[0014] 以下结合附图对本发明作进一步的说明：
[0015] 一种液体中元素高灵敏快速检测装置，包括YAG激光器9、聚焦透镜11、光纤10、光 谱仪6、DG535触发器8和计算机7,其特征在于所述一种液体中元素高灵敏快速检测装置设 有一个由真空腔体和脉冲进样装置组成的系统，真空腔体与脉冲进样装置通过导管相连。
[0016] 所述的真空腔体由圆柱体容器1、收样装置3、排样装置4和真空泵5构成，圆柱体 容器上1右下方与真空泵5通过导管连接，收样装置3位于圆柱体容器1底部，与外部的排 样装置4也通过导管连接，圆柱体容器1侧面设有四个透明的窗口前后左右两两对称，脉冲 激光通过聚焦透镜经圆柱体容器1左边的进光窗口 16聚焦到液柱中心后经右边的透光窗 口 14透射，后面收集窗口 13装有一个聚焦透镜，光纤10通过此透镜采集光谱并送到计算 机7,前面观察窗口 15可以观察光谱采集情况。所述的脉冲进样装置由样品容器2、电控脉 冲阀门17和可更换的细小针孔12构成，电控脉冲阀门17和可更换的细小针孔12依次位 于连接样品容器2和圆柱体容器1的导管上，电控脉冲阀门17可控制液柱的形成和持续时 间使之与脉冲激光同步，针孔12直径的选取范围为50um-lmm。
[0017] 在样品容器2中注入所要检测的液体样品，关闭电控脉冲阀门17和排样装置4的 开关闸门，打开真空泵5将圆柱体容器1抽成真空。DG535触发器8发出触发脉冲控制脉 冲阀门17打开，样品容器2中的液体在内外压力差的作用下从针孔12中出射，形成射流液 柱。打开脉冲激光器9,在DG535触发器8的控制下，激光束经聚焦透镜11通过左边的进光 窗口 16进入圆柱体容器1，调节DG535触发器8,使脉冲激光每次都与喷射的液柱在针孔附 近相互作用，并聚焦于液柱中心。激光诱导液柱产生的等离子体光谱被装有聚焦透镜的收 集窗口 13收集并经光纤10传入光谱仪6中并送入计算机7进行物质元素的处理与分析。 在观察窗口 15观察采集情况，当收样装置3中的液体达到一定量时，打开排样装置4的开 关阀门排出样品。实验中通过改变针孔12的直径来改变液柱的直径，以获取最稳定的光 谱。
【权利要求】
1. 一种液体中元素高灵敏快速检测装置包括YAG激光器、聚焦透镜、光纤、光谱仪、触 发器和计算机，其特征在于所述一种液体中元素高灵敏快速检测装置设有一个由真空腔体 和脉冲进样装置组成的系统，真空腔体与脉冲进样装置通过导管相连。
2. 根据权利要求1所述的一种液体中元素高灵敏快速检测装置，其特征在于，真空腔 体由圆柱体容器、收样装置、排样装置和真空泵构成，圆柱体容器右下方与真空泵通过导管 连接，收样装置位于圆柱体容器底部，与外部的排样装置也通过导管连接，圆柱体侧面设有 四个透明的窗口前后左右两两对称，脉冲激光通过聚焦透镜经圆柱体容器左边的窗口聚焦 到液柱中心后经右边的窗口透射，后面窗口装有一个聚焦透镜，光纤通过此透镜采集光谱 并送到计算机，前面窗口可以观察光谱采集情况。
3. 根据权利要求1所述的一种液体中元素高灵敏快速检测装置，其特征在于，所述的 脉冲进样装置由样品容器、电控脉冲阀门和可更换的细小针孔构成，电控脉冲阀门和可更 换的细小针孔依次位于连接样品容器和圆柱体容器的导管上，电控脉冲阀门可控制液柱的 形成和持续时间使之与脉冲激光同步，针孔直径的选取范围为50um-lmm。
4. 根据权利要求2所述的一种液体中元素高灵敏快速检测装置，其特征在于，所述的 真空泵和排样装置与圆柱体容器连接的导管都装有开关阀门，保证检测时，圆柱体容器内 部为真空环境。
【文档编号】G01N21/73GK104111249SQ201410343007
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月12日 优先权日:2014年7月12日
【发明者】周卫东, 苏雪娇 申请人:浙江师范大学