專利名稱：多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置。
背景技術(shù)：
工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品或環(huán)境中重金屬元素(如鉛、汞、鎘、鉻、銅、錳……)已嚴(yán)重影響人類的身體健康，少量的鉛、汞、鎘或鉻即可引起急性中毒。醫(yī)學(xué)證明，口服2-3克的鉛可致中毒，50克可致死。而微量的重金屬如果在體內(nèi)長期積累，亦可引起慢性中毒，導(dǎo)致器官功能衰退和免疫系統(tǒng)紊亂。所以，歐盟早就所有電子類產(chǎn)品中的鉛、鉻、鎘和汞四種重金屬元素的濃度做出了規(guī)定，即ROHS標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定鉛、汞和正六價鉻濃度不得超過lOOOppm，鎘濃度不得超過100ppm。
目前用于定量檢測微量重金屬的技術(shù)手段主要有X射線熒光分析法，原子吸收光譜技術(shù)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜技術(shù)。其中X射線熒光分析法可以實現(xiàn)快速檢測，但是其靈敏度較低；原子吸收光譜技術(shù)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜技術(shù)的檢測精度高、穩(wěn)定性好，但是由于設(shè)備昂貴，樣品前處理費(fèi)時， 一般需要數(shù)天，難以大量應(yīng)用。
激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是一種新型的光譜檢測手段，它廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測、工業(yè)產(chǎn)品檢測、食品質(zhì)量檢測和考古分析等領(lǐng)域中，例如對土壤、水體、合金、水果蔬菜、顏料、古董文物等進(jìn)行元素分析。它具有簡單快速、無需樣品預(yù)處理、對樣品損傷小和適應(yīng)范圍廣、便于遠(yuǎn)程操控等優(yōu)點(diǎn)，特別是其無需樣品前處理的特點(diǎn)具有很大的優(yōu)勢。
激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的原理激光誘導(dǎo)擊穿光譜作為一種檢測技術(shù)，其原理是將脈沖激光聚焦到樣品表面，樣品中的原子由于吸收光子能量和電子原子碰撞的效應(yīng)，產(chǎn)生了"擊穿"效應(yīng)而形成高溫等離子體，這個過程中部分原子或離子躍遷到高能量態(tài)；當(dāng)激光脈沖結(jié)束之后，等離子體迅速冷卻，此時處于高能量態(tài)的原子或離子由于躍遷回到基態(tài)而輻射出特征光譜。通過研究這個光譜可以對樣品中所含的元素進(jìn)行定性或定量分析。激光誘導(dǎo)擊穿光譜的原子輻射光是非常微弱的，經(jīng)過光柵或棱鏡分光之后展開的光譜無法使用普通的透鏡來采集，因為其靈敏度不夠。目前國內(nèi)外采集激光誘導(dǎo)擊穿光譜主要使用兩種手段第一，使用多通道倍增成像儀來采集光譜，這樣就能夠一次性將整個光譜采集下來，實現(xiàn)多元素一次性檢測，但缺點(diǎn)是多通道倍增成像儀價格昂貴，而且需要配備相關(guān)的液氮制冷系統(tǒng)，對于一般實驗室或生產(chǎn)機(jī)構(gòu)難以承擔(dān)；第二，使用光電倍增管單通道采集，這種方法必須在光柵分光光譜的出射端加一個狹縫(即成為單色儀)，每次只能采集一個波長的光強(qiáng)，而要把檢測多個元素的話，則需要轉(zhuǎn)動光柵以改變輸出波長，所以無法實現(xiàn)多元素同時采集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置。本發(fā)明可以對至少兩種元素進(jìn)行檢測，檢測速度快，且檢測裝置的成木低。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，包括激光器、樣品放置位、光傳輸元件、單色儀及信號處理裝置，激光器朝向樣品放置位，在單色儀上設(shè)有入射狹縫及出射
狹縫，在出射狹縫處設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件與信號處理裝置電氣連接；設(shè)于所
述單色儀末端的所述出射狹縫為至少兩個，在該至少兩個出射狹縫處均設(shè)有所述光電轉(zhuǎn)換元件，各光電轉(zhuǎn)換元件均與所述信號處理裝置電氣連接。
所述光電轉(zhuǎn)換元件為光電倍增管。
在所述激光器與所述樣品放置位之間設(shè)有凸透鏡，所述光傳輸元件為光纖。
所述樣品放置位為二維移動平臺，即樣品放置臺可以產(chǎn)生輕微移動，避免由于激光照射過久而形成孔洞，進(jìn)而影響等離子體的射出。
所述分色儀還包括第一凹透鏡、第二凹透鏡、反色鏡及光柵，從入射狹縫射入的光線依次經(jīng)反射鏡、第一凹透鏡、光柵及第二凹透鏡后，再經(jīng)所述出射狹縫傳出。
所述信號處理裝置包括模數(shù)采集模塊及計算機(jī)，模數(shù)采集模塊與計算機(jī)電氣連接，所述兩個光電轉(zhuǎn)換元件與模數(shù)采集模塊電氣連接。所述出射狹縫及光電倍增管均為四個。
在所述樣品放置位旁側(cè)還設(shè)有光電式開關(guān)，該光電式開關(guān)與所述信號處理裝置電氣連接。當(dāng)激光器將激光照射到樣品時，光電式開關(guān)給模數(shù)采集模塊發(fā)出一個同步信號，以使模數(shù)采集模塊與激光器同步。
釆用本發(fā)明所述檢測裝置后，所用的檢測方法包括如下步驟
A、 激光器輸出激光經(jīng)凸透鏡聚焦后照射到樣品上，樣品內(nèi)元素分解的同時向外發(fā)射光
線；
B、 從樣品傳出的發(fā)射光線經(jīng)光纖傳入單色儀的入射狹縫，再依次經(jīng)過反射鏡反射、第一凹透鏡將發(fā)射光線準(zhǔn)則為平行光，平行光經(jīng)光柵偏振，再由第二凹透鏡聚焦，聚焦的光線分別射入四個出射狹縫內(nèi)；
C、 四個出射狹縫處的光電轉(zhuǎn)換元件分別將該處的光線轉(zhuǎn)換為電信號，再由信號處理裝置同時對各個信號進(jìn)行處理。
綜上所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明在單色儀上設(shè)有四個出射狹縫，分別對應(yīng)鉛、鉻、鎘和汞四種重金屬元素的波長，在檢測時，可以一次性的對樣品中的四種重金屬元素進(jìn)行檢測分析，分析速度大為提高，同時檢測裝置的成本低。


圖1是本發(fā)明所述檢測裝置的示意圖；圖2是圖1中，單色儀的局部放大圖；附圖標(biāo)記說明-
1、激光器，2、樣品放置位，3、單色儀，4、模數(shù)采集模塊，5、計算機(jī)，6、樣品，7、凸透鏡，8、第一凹透鏡，9、第二凹透鏡，10、反射鏡，11、光柵，12、光電式開關(guān)，丄3、入射狹縫，14、第一出射狹縫，15、第二出射狹縫，16、第三出射狹縫，17、第四出射狹縫，18、第一光電倍增管，19、第二光電倍增管，20、第三光電倍增管，21、第四光電倍增管，22、光纖。
具體實施例方式
如圖1至圖2所示， 一種多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，包括激光器l、樣品放置位2、光傳輸元件、單色儀3及信號處理裝置，激光器1朝向樣品放置位2，在單色儀3上設(shè)有入射狹縫13及出射狹縫，在出射狹縫處設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件與信號處理裝置電氣連接；設(shè)于所述單色儀3末端的所述出射狹縫為至少兩個，在該至少兩個出射狹縫處均設(shè)有所述光電轉(zhuǎn)換元件，各光電轉(zhuǎn)換元件均與所述信號處理裝置電氣連接。
其中，所述出射狹縫為四個(第一出射狹縫14、第二出射狹縫15、第三出射狹縫16、第四出射狹縫17)，四個出射狹縫處分別設(shè)有四個光電轉(zhuǎn)換元件為光電倍增管(第一光電倍增管18、第二光電倍增管19、第三光電倍增管20、第四光電倍增管21)。
所述樣品放置位2為二維移動平臺，在所述激光器1與所述樣品放置位2之間設(shè)有凸透鏡7，所述光傳輸元件為光纖22;所述分色儀還包括第一凹透鏡8、第二凹透鏡9、反色鏡及光柵ll，從入射狹縫射入的光線依次經(jīng)反射鏡10、第一凹透鏡8、光柵ll及第二凹透鏡9后，再分別經(jīng)四個出射狹縫傳出，。所述信號處理裝置包括模數(shù)采集模塊4及計算機(jī)5，模數(shù)采集模塊4與計算機(jī)5電氣連接，所述兩個光電轉(zhuǎn)換元件與模數(shù)采集模塊4電氣連接。樣品放置位2旁側(cè)還設(shè)有光電式開關(guān)12，該光電式開關(guān)12與模數(shù)采集模塊4電氣連接。
采用本實施例后，其檢測方法包括如下步驟
A、 激光器1輸出激光經(jīng)凸透鏡7聚焦后照射到樣品6上，樣品6內(nèi)元素分解的同時向外發(fā)射光線；
B、 從樣品6傳出的發(fā)射光線經(jīng)光纖22傳入單色儀3的入射狹縫，再依次經(jīng)過反射鏡IO反射、第一凹透鏡8將發(fā)射光線準(zhǔn)則為平行光，平行光經(jīng)光柵ll偏振，再由第二凹透鏡9聚焦，聚焦的光線分別射入四個出射狹縫內(nèi)；C、四個出射狹縫處的光電轉(zhuǎn)換元件分別將該處的光線轉(zhuǎn)換為電信號，再由信號處理裝置同時對各個信號進(jìn)行處理。
綜上所述，本實施例的優(yōu)點(diǎn)是在單色儀3上設(shè)有四個出射狹縫，分別對應(yīng)鉛、鉻、鎘和汞四種重金屬元素的波長，在檢測時，可以一次性的對樣品6中的四種重金屬元素進(jìn)行檢測分析，分析速度大為提高，同時檢測裝置的成本低。
以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍；在不違反本發(fā)明構(gòu)思的基礎(chǔ)上所作的任何替換與改進(jìn)，均屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，包括激光器、樣品放置位、光傳輸元件、單色儀及信號處理裝置，激光器朝向樣品放置位，在單色儀上設(shè)有入射狹縫及出射狹縫，在出射狹縫處設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件與信號處理裝置電氣連接；其特征在于，設(shè)于所述單色儀末端的所述出射狹縫為至少兩個，在該至少兩個出射狹縫處均設(shè)有所述光電轉(zhuǎn)換元件，各光電轉(zhuǎn)換元件均與所述信號處理裝置電氣連接。
2、 如權(quán)利要求1所述多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，其特征在于，所述光電 轉(zhuǎn)換元件為光電倍增管。
3、 如權(quán)利要求l所述多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，其特征在于，在所述激 光器與所述樣品放置位之間設(shè)有凸透鏡，所述光傳輸元件為光纖。
4、 如權(quán)利要求1至3中任一項所述多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，其特征在 于，所述樣品放置位為二維移動平臺。
5、 如權(quán)利要求1至3中任一項所述多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，其特征在 于，所述分色儀還包括第一凹透鏡、第二凹透鏡、反色鏡及光柵，從入射狹縫射入的光 線依次經(jīng)反射鏡、第一凹透鏡、光柵及第二凹透鏡后，再分別經(jīng)所述出射狹縫傳出。
6、 如權(quán)利要求1至3中任一項所述多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，其特征在 于，所述信號處理裝置包括模數(shù)采集模塊及計算機(jī)，模數(shù)采集模塊與計算機(jī)電氣連接， 所述兩個光電轉(zhuǎn)換元件與模數(shù)采集模塊電氣連接。
7、 如權(quán)利要求1至3中任一項所述多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，其特征在 于，所述出射狹縫及光電倍增管均為四個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多通道的激光誘導(dǎo)擊穿光譜的快速檢測裝置，該裝置包括激光器、樣品放置位、光傳輸元件、單色儀及信號處理裝置，激光器朝向樣品放置位，在單色儀上設(shè)有入射狹縫及出射狹縫，在出射狹縫處設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件，光電轉(zhuǎn)換元件與信號處理裝置電氣連接；其中，設(shè)于所述單色儀末端的所述出射狹縫為至少兩個，在該至少兩個出射狹縫處均設(shè)有所述光電轉(zhuǎn)換元件，各光電轉(zhuǎn)換元件均與所述信號處理裝置電氣連接。本發(fā)明可以對至少兩種元素進(jìn)行檢測，檢測速度快，且檢測裝置的成本低。
文檔編號G01N21/01GK101592609SQ20091004081
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者周倫彬, 周建英, 李潤華, 王自鑫, 蔡永洪, 陸林軒 申請人:廣州市計量檢測技術(shù)研究院;中山大學(xué);華南理工大學(xué)