一种基于数字微镜的ICP-AES色散检测装置的制作方法

本实用新型属于元素分析技术领域，具体涉及一种基于数字微镜的ICP-AES(电感耦合等离子体原子发射光谱法)色散检测装置。

背景技术：

原子发射光谱法是一种根据待测物质在高温下，分解形成的原子或离子所发射的特征光谱的波长及其强度对元素进行定性和定量分析的方法。以电感耦合等离子炬为激发光源的原子发射光谱法称为电感耦合等离子体原子发射光谱。基于此方法设计生产的电感耦合等离子体发射光谱仪具有准确度高、检出限低、测定快速、线性范围宽、可同时测定多种元素等优点，已广泛用于环境样品及岩石、矿物、金属等样品中数十种元素的测定。

电感耦合等离子体发射光谱仪按照分光系统和检测器的不同，主要分为单道扫描型，多道直读型和全谱直读型。

单道扫描型的色散检测装置主要部件为平面光栅和光电倍增管，平面光栅的衍射作用使复合光经分光形成单色光，成像在一条线上，通过计算机来改变平面光栅的角度，使入射光的角度发生改变，从而出射光角度变化，检测器可以获得从短波长至长波长的光谱信息。这种系统在全波段范围内有较高的分辨率，色散率和分辨率在整个波段范围基本一致。但操作过程较繁琐，需要较高的机械精度。

多道直读型的色散检测装置主要部件是凹面光栅和多个光电倍增管或多块线阵CCD检测器。光源经狭缝进入凹面光栅，经光栅衍射后的单色光按波长不同，分别照射到罗兰圆上对应不同波长的出口狭缝上，经检测器测量强度。这种装置结构简单，性能稳定，分析精密度好，但需要很高的机械精度，只能定量分析。此外由于狭缝的数量有限，限制了分析元素的种类，很多条件下不能满足用户的需求。

全谱直读型的色散检测装置以中阶梯光栅和固体检测器为核心。中阶梯光栅将不同谱级的谱线色散，得到的二维光谱经曲面镜聚焦，经反射镜到固体检测器检测。这种系统稳定性好，能够快速，准确的采集全部谱线，已经成为目前ICP仪器的主流产品。由于固体检测器的价格昂贵，造成全谱直读型ICP仪器成本较高。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于数字微镜的ICP-AES色散检测装置，该装置能够一次实现全谱信息的获取，稳定性好，成本低，检测精度高。

为了解决上述技术问题，本实用新型的基于数字微镜的ICP-AES色散检测装置包括：入射狭缝、准直镜、三棱镜、中阶梯光栅、第一聚光镜、数字微镜、第二聚光镜、光电倍增管；入射光通过入射狭缝后，经准直镜准直再入射到三棱镜，由三棱镜完成初次横向色散；中阶梯光栅对初次横向色散后的光进行分光，之后由三棱镜完成二次横向色散形成二维光谱；经三棱镜二次横向色散后的光经第一聚光镜聚焦到数字微镜表面；数字微镜反射的光再经第二聚光镜聚焦到光电倍增管。

所述的准直镜可以采用凸透镜或凹面反射镜。

所述的第一聚光镜和第二聚光镜可以采用凸透镜或凹面反射镜。

工作原理：入射光通过入射狭缝后，经准直镜准直后入射到三棱镜，三棱镜完成初次横向色散后，由中阶梯光栅作为主色散元件进行纵向分光，之后由三棱镜完成二次横向色散形成二维光谱；经二次横向色散后的光经聚光镜聚焦到数字微镜表面。根据检测需求，可以选择相应的微镜扫描模式。数字微镜反射的光谱信号再经聚光镜聚焦到光电倍增管进行检测，获得光谱图像，从而对样品进行定性定量分析。

本实用新型具有以下优点：以数字微镜和光电倍增管为核心，数字微镜上的近百万片微反射镜与全谱波长范围的光谱对应，通过每一个微小镜片的翻转选择不同波长的光谱信息，光电倍增管接受微弱的辐射信号将其转换成足够大的光电流进行测量，获得全谱图像。本实用新型无需转动光栅，能够一次实现全谱信息的获取，提高了系统的稳定性；可以灵活的选择待测元素的谱线进行定性定量分析；采用数字微镜与光电倍增管结合取代固体检测器，不仅降低了仪器的成本，还提高了检测精度。

本实用新型具有以下特点：装置结构紧凑，成本较低；数字微镜作为空间光调制器，可以实现对光谱信号的快速选择，同时保留了光电倍增管高灵敏度的检测特性，能够满足电感耦合等离子体发射光谱的多元素快速同时分析的检测要求。

附图说明

下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1为基于数字微镜的全谱电感耦合等离子体发射光谱仪的结构示意图。

图2为本实用新型的基于数字微镜的ICP-AES色散检测装置的结构示意图。

图3为经二次横向色散后在数字微镜上得到的二维色散光谱图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型涉及的一种基于数字微镜的新型电感耦合等离子体发射光谱仪，包括：高频发生器1、炬管2、进样系统3、外光路4、色散检测装置5；所述炬管2内的氩气在高频发生器1的作用下产生了等离子炬，待测样品经进样系统3进入等离子炬，在其激发下产生复合光，经过外光路4到达色散检测装置5后复合光被分解为特定元素的发射光谱，由检测器对光强信号进行检测，得到谱图。

如图2所示，本实用新型的基于数字微镜的ICP-AES色散检测装置包括：入射狭缝7、准直镜、三棱镜9、中阶梯光栅10、第一聚光镜、数字微镜12、第二聚光镜、光电倍增管14；所述的准直镜采用凹面反射镜8，第一聚光镜和第二聚光镜分别为凹面反射镜11和凹面反射镜13。光源6发射的光通过入射狭缝7后，经凹面反射镜8准直再入射到三棱镜9，由三棱镜9完成初次横向色散；中阶梯光栅10对初次横向色散后的光进行纵向分光，之后由三棱镜9完成二次横向色散形成二维光谱；经三棱镜9二次横向色散后的光经凹面反射镜11聚焦到数字微镜12表面，如图3所示；数字微镜12反射的光再经凹面反射镜13聚焦到光电倍增管14，通过光电倍增管14检测。根据检测需求可以选择数字微镜的扫描模式，如采用全谱扫描模式或单一元素扫描模式等。

准直镜和第一、第二聚光镜不限于凹面反射镜和凸透镜，还可以采用组合透镜。