定量LIBS激光系统及定量方法与流程

本发明属于激光诱导击穿光谱(libs)技术领域，具体涉及一种定量libs激光系统及定量方法。

背景技术：

激光诱导击穿光谱(laserinducedbreakdownspectroscopy，libs)具有不需要样品准备、多元素同时检测、测量速度快、可远程非接触测量、系统结构组成简单等诸多优点。由于激光能量波动、系统信号波动严重、重复性差等严重影响了libs定量测量及大规模应用。因此，设计开发一种精度更高的定量libs激光系统及定量方法显得是尤为重要。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种定量libs激光系统及定量方法，本发明通过同一光路、同时采集、同时分析未知待测样品和已知标准样品，将谱线结果进行差分比对，减少了光路和采集的误差，能够准确实现对未知样品的定量检测。

本发明的第一目的是提供一种定量libs激光系统，包括激光器(1)和光谱分析系统；上述激光器(1)产生的激光依次通过扩束镜(4)、光速调整模块(5)后进入半透半返镜(3)；在上述半透半返镜(3)的反射光路上设置有激光聚焦镜a(6-1)，在上述半透半返镜(3)的透射光路上设置有激光聚焦镜b(6-2)，所述激光聚焦镜a(6-1)的输出光路上设置有ccd合光镜片a(7-1)，上述激光聚焦镜b(6-2)的输出光路上设置有ccd合光镜片b(7-2)；还包括：

用于检测ccd合光镜片a(7-1)上激光能量的能量探测光电二极管a(8-1)；

用于检测ccd合光镜片b(7-2)上激光能量的能量探测光电二极管b(8-2)；

用于承载未知待测样品(11)的xyz三维平移台a(12-1)；

用于承载已知待测样品(15)的xyz三维平移台b(12-2)；

所述光谱分析系统包括光谱分析系统a(14-1)和光谱分析系统b(14-2)；

所述光谱分析系统a(14-1)通过采样镜a(13-1)获取未知待测样品(11)的光谱信息；所述光谱分析系统b(14-2)通过采样镜b(13-2)获取已知待测样品(15)的光谱信息；ccd摄像机(10)依次通过显微镜(9)、ccd合光镜片a(7-1)采集未知待测样品(11)的信息。

进一步：所述激光器(1)和扩束镜(4)之间设置有调整光路用的全反射镜a(2-1)和全反射镜b(2-2)。

进一步：所述半透半返镜(3)和激光聚焦镜a(6-1)之间设置有调整光路用的全反射镜c(2-3)。

进一步：所述显微镜(9)和ccd合光镜片a(7-1)之间设置有调整光路用的全反射镜d(2-4)。

更进一步：所述激光器(1)的参数为：波长是1064nm，重频是1hz，能量大于200mj，脉宽小于10ns，调q方式为主动调q，光斑聚焦直径小于0.1；冷却方式为风冷，数据测试rsd小于10％。

本发明的第二目的是提供一种定量libs激光系统的定量方法，包括如下步骤：

s1、激光器产生的激光半透半返镜后分为第一路激光和第二路激光；

s2、第一路激光反射进入聚焦镜b，再经过ccd合光镜片b，聚焦到已知标准样品表面，产生的激光等离子体发射光谱信号，由采样镜b耦合至光纤内，传输至光谱分析系统b，完成光谱的分光与探测，得到已知标准样品谱线；

第二路激光透射进入全反射镜c，全反激光进入聚焦镜a，再经过ccd合光镜片a聚焦到未知待测样品表面，产生的激光等离子体发射光谱信号，由采样镜a耦合至光纤内，传输至光谱分析系统a，完成光谱的分光与探测，得到未知待测样品谱线；将未知待测样品谱线与软件标准库对比，获得元素类别；

s3、将上述已知标准样品谱线与未知待测样品谱线进行对比，为数据定标具体为：

若已知标准样品和未知待测样品是谱线峰值谱线波长一致，则为同一种物质，根据含量公式：z＝(a/b)c，其中：z为未知样品所求元素含量，a为未知样品该元素谱线强度，b为已知标准样品该元素谱线强度，c为已知标准样品该元素含量，求出未知样品各元素的含量；

若已知标准样品和未知待样品是谱线峰值不一致，则为不同物质；通过与标准库对比，获得元素类别，在同一波段内，根据y＝(m/n)x+d；其中：y为未知样品所求元素含量，m为未知样品该元素谱线强度，n为已知标准样品参考元素谱线强度，x为已知标准样品该元素含量，d为常量。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明首先将同一激光通过半透半反镜分为两路激光，随后一路激光照射已知样品产生一条谱线，另外一路激光照射未知样品产生一条谱线，最后用已知样品产生的谱线与未知样品产生的谱线进行对比，通过已知样品的含量进而推算出未知样品的含量。

附图说明

图1为本发明优选实施例的结构示意图；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，一种定量libs激光系统，包括激光器1和光谱分析系统；上述激光器1产生的激光依次通过扩束镜4、光速调整模块5后进入半透半返镜3；在上述半透半返镜3的反射光路上设置有激光聚焦镜a6-1，在上述半透半返镜3的透射光路上设置有激光聚焦镜b6-2，所述激光聚焦镜a6-1的输出光路上设置有ccd合光镜片a7-1，上述激光聚焦镜b6-2的输出光路上设置有ccd合光镜片b7-2；还包括：

用于检测ccd合光镜片a7-1上激光能量的能量探测光电二极管a8-1；

用于检测ccd合光镜片b7-2上激光能量的能量探测光电二极管b8-2；

用于承载未知待测样品11的xyz三维平移台a12-1；

用于承载已知待测样品15的xyz三维平移台b12-2；

所述光谱分析系统包括光谱分析系统a14-1和光谱分析系统b14-2；

所述光谱分析系统a14-1通过采样镜a13-1获取未知待测样品11的光谱信息；所述光谱分析系统b14-2通过采样镜b13-2获取已知待测样品15的光谱信息；ccd摄像机10依次通过显微镜9、ccd合光镜片a7-1采集未知待测样品11的信息。

作为优选，为了缩小体积和空间：所述激光器1和扩束镜4之间设置有调整光路用的全反射镜a2-1和全反射镜b2-2。

所述半透半返镜3和激光聚焦镜a6-1之间设置有调整光路用的全反射镜c2-3。

所述显微镜9和ccd合光镜片a7-1之间设置有调整光路用的全反射镜d2-4。

所述激光器1的参数为：波长是1064nm，重频是1hz，能量大于200mj，脉宽小于10ns，调q方式为主动调q，光斑聚焦直径小于0.1；冷却方式为风冷，数据测试rsd小于10％。

上述优选实施例的工作原理为：

激光器1产生的激光通过全反射镜a2-1，垂直进入全反射镜b2-2，然后经过扩束镜4、光束调整模块5(可以通过调整激光指标)进入半透半返镜3，半透半返镜3实现两路平均分光(50％反射+50％透射)；第一路激光反射进入聚焦镜b6-2，再经过ccd合光镜片b7-2，聚焦到已知标准样品15表面，产生的激光等离子体发射光谱信号，由采样镜b13-2耦合至光纤内，传输至光谱分析系统b14-2，完成光谱的分光与探测，得到已知标准样品谱线。能量探测二极管b8-2通过红光合光镜片3，可以实时监测激光能量；若激光能量不是测试所需的，可以调整激光器参数，达到要求。

第二路激光透射进入全反射镜c2-3，全反激光进入聚焦镜a6-1，再经过ccd合光镜片a7-1聚焦到未知待测样品11表面，产生的激光等离子体发射光谱信号，由采样镜a13-1耦合至光纤内，传输至光谱分析系统a14-1，完成光谱的分光与探测，得到未知待测样品谱线。与软件标准库对比，获得元素类别；能量探测二极管a8-1通过ccd合光镜片a7-1可以实时监测激光能量；若激光能量不是测试所需的，可以调整激光器参数，达到要求。未知样品分别经过全反射镜d2-4、变倍镜(显微镜9)，进入ccd摄像机10(通过usb3.0线传输数据给电脑)，电脑即可实时采集其图像，通过调节xyz三维平移台，确定所需要分析的样品的点位。

上述优选技术方案采用第一路已知标准样品定量与第二路未知样品测量对比的方法，为数据定标，将结果差分比对，实现消除光路和采集的误差。

若已知标准样品和未知待测样品是谱线峰值谱线波长一致，则为同一种物质。可以根据含量公式:z＝(a/b)c，其中：z为未知样品所求元素含量，a为未知样品该元素谱线强度，b为已知标准样品该元素谱线强度，c为已知标准样品该元素含量，求出未知样品各元素的含量。为了提高准确度，可以测试100次，取平均值为最后结果。

若已知标准样品和未知待样品是谱线峰值不一致，则为不同物质；通过与标准库对比，则知道元素类别。在同一波段内，例如200-400nm，根据y＝(m/n)x+d；其中：y为未知样品所求元素含量，m为未知样品该元素谱线强度，n为已知标准样品(该波段中)参考元素谱线强度，x为已知标准样品该元素含量，d为常量。为了提高准确度，可以测试100次，取平均值为最后结果。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。