一种液体中核素的检测系统的制作方法

本专利属于核素检测。具体涉及一种液体中核素的检测系统。

背景技术：

1、激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy，简称libs)，具有实时、快速、原位、灵敏度高和检测范围宽等优点，被广泛应用于冶金分析、环境监测、地质勘探、在线监控、国防等领域。

2、通过激光诱导击穿光谱技术可以对固体、液体和气体样品中的化学元素进行定性和定量分析。然而，在对液体样品的检测中，脉冲激光聚焦到液体样品时往往引起液体的溅射，激光作用到液体上后，形成水泡，降低了激光的能量利用率，无法实现对液体样品的有效光谱激发；另外，液体样品形成的等离子体寿命短，等离子体产生的发射光谱谱线强度弱。

3、为克服其不足，研究者们开发了多种液体处理的技术，代表性的主要有射流法、电镀法、冻结法、烘干法等。其中，射流法即采用大量液体形成射流，利用液体的流动增强测试的结果稳定性。电镀法采用原电池原理，通过在金属电极表面的氧化还原反应，在电极表面将液体中的重金属离子还原为单质，然后利用libs技术分析电极表面进而获得对液体中重金属的分析结果，该方法适用于容易发生氧化还原的重金属，因此无法进行核素分析。冻结法即将液体冻结为固态再进行测试，烘干法被研究得最多，即采用滤纸或者木炭等载体承载一定量的液体，将之烘干后以载体为基体进行测试，但上述两种方法在进行液体核素分析时，都有核二次污染的问题，无法避免泄露的问题，因此不适用于核素的检测分析。

4、为了改善激光诱导击穿光谱信号，研究者开发出了超声波雾化辅助液体样品激光诱导击穿光谱技术，先将液体雾化成密集的雾状小液滴，然后进行激光诱导击穿光谱检测(钟石磊等.超声波雾化辅助液体样品激光诱导击穿光谱技术研究[j].光谱学与光谱分析，2011，31(6)：1458-1462.)。但是通过超声波雾化方法，灵敏度提高幅度有限，并依然存在信号不稳定、检测结果重复性差等问题，显示也无法满足液体中核素的闭环无污染分析的要求。

5、中国专利cn102279171b公开了一种提高激光击穿光谱水体金属污染物探测灵敏度的方法，通过将待测液体样品以雾化形式在固体承载物表面形成薄膜，从而实现对水体中金属元素的测量。或者，采用氧化钙处理液体样品，将液体样品与氧化钙混合形成氢氧化钙固体再利用激光诱导击穿光谱检测。虽然这些方法在一定程度上保证了信号的稳定性，提高了检测灵敏度，但是样品预处理所需时间较长，不仅增加了检测成本，而且在处理过程中容易造成待测元素损失、分布不可控制或者引入干扰元素等，如果用于核素检测，也容易出现核素泄漏等问题。

6、此外，cn201580059415.9液体内污染物质的化学元素分析装置以及分析方法。该专利申请中提供了一种检测液体内污染物质的装置，其能够将将液体进行雾化后用libs检测；此外还能够将液体滴在加热板上，干燥后形成固体残留，然后对固体残留进行libs检测。这种装置可用于常规元素的检测，如果用于核素的检测，加热板上的固体残留清理不便，还是存在核素泄漏的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提供一种信号稳定性强、检测灵敏度高、样品处理方便、有效防止核素泄漏的液体中核素的检测系统。

2、本发明的技术方案如下：一种液体中核素的检测系统，包括脉冲激光器、激光反射镜、聚焦镜、控制系统，脉冲激光器连接控制系统，控制系统连接高分辨光谱仪，高分辨光谱仪通过石英光纤连接等离子体光谱收集探头；所述等离子体光谱收集探头朝向加热管的出口外；

3、还包括蠕动泵、储液瓶、气瓶、雾化器、加热管、激光诱导击穿光谱设备和收集设备，储液瓶通过输液管连接有蠕动泵，蠕动泵通过输液管连接雾化器，雾化器通过输液管与加热管的进口相连，加热管一端为进口，另一端为出口，气瓶与雾化器的相连，所述加热管的出口朝向收集设备。

4、脉冲激光器发出的激光经过激光反射镜反射后到达聚焦镜，所述聚焦镜的焦点位于检测空间，对固体颗粒云进行等离子激发，此时等离子体光谱收集探头收集等离子体光谱信号并将光谱信号传输至高分辨光谱仪，高分辨光谱仪将光谱信号分解为光谱线。

5、聚焦镜和等离子体光谱收集探头设置在检测空间的上方、下方、左侧或者右侧任意一方。

6、蠕动泵用于将储液瓶中的待测液体输送至雾化器，雾化器则用于将待测液体雾化为雾滴。

7、加热管连接有电源，其加热功率通过电源进行控制。

8、加热管最高加热温度200℃。

9、收集设备是除尘布袋。

10、加热管的出口与收集设备之间具有检测空间。

11、本发明的显著效果在于：将待测液体雾化并加热成固体后再进行检测，消除了直接对液体进行检测的缺陷，使得激光诱导击穿光谱设备的信号稳定性强，检测灵敏度高，保证了检测的准确性。此外，本专利利用高压载气作为固体颗粒的载体，可带动固体颗粒移动，从而实现连续不断地检测，且检测完成后，收集设备对固体颗粒进行收集，高压载气与固体颗粒的分离非常方便，采用常规的过滤即可，可避免使用固体载体如加热板、滤纸、木炭等存在的清理不便的问题，从而防止核素泄漏，提高了检测的安全性。另外，本专利对待测液体进行雾化、加热等处理均可以采用常规的设备，处理过程简单方便，且整个过程可以连续进行，实现连续化检测。

技术特征：

1.一种液体中核素的检测系统，其特征在于：包括脉冲激光器(1)、激光反射镜(2)、聚焦镜(3)、控制系统(6)，脉冲激光器(1)连接控制系统(6)，控制系统(6)连接高分辨光谱仪(5)，高分辨光谱仪(5)通过石英光纤(15)连接等离子体光谱收集探头(4)；所述等离子体光谱收集探头(4)朝向加热管(11)的出口外；

2.根据权利要求1所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：脉冲激光器(1)发出的激光经过激光反射镜(2)反射后到达聚焦镜(3)，所述聚焦镜(3)的焦点位于检测空间，对固体颗粒云(16)进行等离子激发，此时等离子体光谱收集探头(4)收集等离子体光谱信号并将光谱信号传输至高分辨光谱仪(5)，高分辨光谱仪(5)将光谱信号分解为光谱线。

3.根据权利要求1所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：聚焦镜(3)和等离子体光谱收集探头(14)设置在检测空间的上方、下方、左侧或者右侧任意一方。

4.根据权利要求1所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：蠕动泵(7)用于将储液瓶(8)中的待测液体输送至雾化器(10)，雾化器(10)则用于将待测液体雾化为雾滴。

5.根据权利要求1所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：加热管(11)连接有电源(12)，其加热功率通过电源(12)进行控制。

6.根据权利要求5所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：加热管(11)最高加热温度200℃。

7.根据权利要求1所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：收集设备(13)是除尘布袋。

8.根据权利要求1所述的一种液体中核素的检测系统，其特征在于：加热管(11)的出口与收集设备(13)之间具有检测空间。

技术总结
一种液体中核素的检测系统，包括脉冲激光器、激光反射镜、聚焦镜、控制系统，脉冲激光器连接控制系统，控制系统连接高分辨光谱仪，高分辨光谱仪通过石英光纤连接等离子体光谱收集探头；所述等离子体光谱收集探头朝向加热管的出口外；还包括蠕动泵、储液瓶、气瓶、雾化器、加热管、激光诱导击穿光谱设备和收集设备，储液瓶通过输液管连接有蠕动泵，蠕动泵通过输液管连接雾化器，雾化器通过输液管与加热管的进口相连，加热管一端为进口，另一端为出口，气瓶与雾化器的相连，所述加热管的出口朝向收集设备。本发明利用高压载气作为固体颗粒的载体，可带动固体颗粒移动，从而实现连续不断地检测。

技术研发人员：程军杰,林庆宇,曹智,陶柯宇
受保护的技术使用者：中核四0四有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4