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一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置包括YAG激光器、聚焦透鏡、光纖、光譜儀、觸發(fā)器和計(jì)算機(jī)，其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置設(shè)有一個(gè)由真空腔體和脈沖進(jìn)樣裝置組成的系統(tǒng)，真空腔體與脈沖進(jìn)樣裝置通過(guò)導(dǎo)管相連。該裝置的突出特點(diǎn)是利用真空環(huán)境下對(duì)不同直徑的液柱樣品進(jìn)行快速檢測(cè)，一方面真空環(huán)境減少了周圍氣體對(duì)等離子體膨脹的限制以及空氣背景譜線對(duì)等離子體光譜的干擾；另一方面液體以細(xì)液柱的形式被激光激發(fā)，克服了液面波動(dòng)和原子輻射淬滅等負(fù)面效應(yīng)，有利于激光誘導(dǎo)產(chǎn)生較強(qiáng)和穩(wěn)定的等離子體輻射；再者，采用可控的脈沖液柱樣品，有利于提高檢測(cè)的穩(wěn)定性和減少樣品消耗。
【專利說(shuō)明】一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)物質(zhì)元素分析領(lǐng)域，具體涉及一種液體中元素 高靈敏快速檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)在重金屬的開(kāi)采、冶煉、加工過(guò)程中，因未能做適當(dāng)?shù)?處理，導(dǎo)致不少重金屬進(jìn)入大氣、水、土壤中，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，其中水環(huán)境 的重金屬污染尤其突出，因此有必要對(duì)水中重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)。目前，水環(huán)境重金屬 檢測(cè)所用到的技術(shù)有電化學(xué)分析、原子吸收光譜分析（AAS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜 (ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法質(zhì)譜法（ICP-MS)等。這些方法基本上都需要附加試 劑對(duì)樣品進(jìn)行分離或富集處理，使得檢測(cè)過(guò)程變得復(fù)雜而且耗時(shí)，同時(shí)，附加試劑往往對(duì)環(huán) 境有害，必然導(dǎo)致檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生二次污染。而且上述的方法除了 ICP-AES外，其他的方法 每次只能對(duì)單一的樣品進(jìn)行檢測(cè)，而ICP-AES方法雖然能夠一次檢測(cè)多種樣品，但是該方 法需要復(fù)雜的預(yù)處理操作。因此發(fā)展一種快速、實(shí)時(shí)、可同時(shí)檢測(cè)多種元素的水環(huán)境重金屬 污染檢測(cè)技術(shù)就顯得尤為必要。
[0003] 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS)作為一種新的物質(zhì)元素檢測(cè)技術(shù)，由于具有不需 要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理、所需樣品的量很少、研究對(duì)象再污染幾率小、可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn) 行在線分析等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于水、土壤和空氣污染等領(lǐng)域，正發(fā)展成為一種極具應(yīng)用 前景的物質(zhì)成分檢測(cè)技術(shù)。目前LIBS在氣體和固體中的檢測(cè)具有較高的穩(wěn)定性和靈敏度， 甚至實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。但是，在液體樣品中的檢測(cè)時(shí)，由于液面波動(dòng)和原子輻射淬滅等負(fù)面效 應(yīng)從而導(dǎo)致LIBS在液體中的探測(cè)靈敏度很低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置，該裝 置的突出特點(diǎn)是利用真空環(huán)境下對(duì)不同直徑的液柱樣品進(jìn)行快速檢測(cè)，一方面真空環(huán)境減 少了周圍氣體對(duì)等離子體膨脹的限制以及空氣背景譜線對(duì)等離子體光譜的干擾；另一方面 液體以細(xì)液柱的形式被激光激發(fā)，克服了液面波動(dòng)和原子輻射淬滅等負(fù)面效應(yīng)，有利于激 光誘導(dǎo)產(chǎn)生較強(qiáng)和穩(wěn)定的等離子體輻射；再者，采用可控的脈沖液柱樣品，有利于提高檢測(cè) 的穩(wěn)定性和減少樣品消耗。該裝置從以上三個(gè)方面有效地提高了檢測(cè)液體中元素的靈敏 度。
[0005] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案是：
[0006] -種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置包括YAG激光器、聚焦透鏡、光纖、光譜儀、 觸發(fā)器和計(jì)算機(jī)，其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置設(shè)有一個(gè)由真空腔 體和脈沖進(jìn)樣裝置組成的系統(tǒng)，真空腔體與脈沖進(jìn)樣裝置通過(guò)導(dǎo)管相連。
[0007] 所述的真空腔體由圓柱體容器、收樣裝置、排樣裝置和真空泵構(gòu)成，圓柱體容器右 下方與真空泵通過(guò)導(dǎo)管連接，收樣裝置位于圓柱體容器底部，與外部的排樣裝置也通過(guò)導(dǎo) 管連接，圓柱體側(cè)面設(shè)有四個(gè)透明的窗口前后左右兩兩對(duì)稱，脈沖激光通過(guò)聚焦透鏡經(jīng)圓 柱體容器左邊的窗口聚焦到液柱中心后經(jīng)右邊的窗口透射，后面窗口裝有一個(gè)聚焦透鏡， 光纖通過(guò)此透鏡采集光譜并送到計(jì)算機(jī)，前面窗口可以觀察光譜采集情況。
[0008] 所述的脈沖進(jìn)樣裝置由樣品容器、電控脈沖閥門和可更換的細(xì)小針孔構(gòu)成，電控 脈沖閥門和可更換的細(xì)小針孔依次位于連接樣品容器和圓柱體容器的導(dǎo)管上，電控脈沖閥 門可控制液柱的形成和持續(xù)時(shí)間使之與脈沖激光同步，針孔直徑的選取范圍為50um-lmm。
[0009] 所述的真空泵和排樣裝置與圓柱體容器連接的導(dǎo)管都裝有開(kāi)關(guān)閥門，保證檢測(cè) 時(shí)，圓柱體容器內(nèi)部為真空環(huán)境。
[0010] 運(yùn)用本發(fā)明檢測(cè)裝置進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程如下：
[0011] 打開(kāi)真空泵閥門，利用真空泵實(shí)現(xiàn)腔體真空環(huán)境。真空腔體內(nèi)氣壓低，而進(jìn)樣裝置 樣品容器與外面大氣相連，大氣壓作用在液面上，由于內(nèi)外壓力差的作用，使得當(dāng)進(jìn)樣裝置 中脈沖閥門打開(kāi)時(shí)，液體從針孔中射出，形成射流液柱，調(diào)節(jié)脈沖閥門的開(kāi)關(guān)時(shí)間和持續(xù)時(shí) 間，可使得噴射的液柱在針孔附近與經(jīng)透鏡聚焦后的激光相互作用，產(chǎn)生的等離子體光譜 被裝有聚焦透鏡的收集窗口收集并經(jīng)光纖傳入光譜儀中，光譜儀進(jìn)一步的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì) 算機(jī)進(jìn)行處理和分析。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置。
[0013] 其中圓柱體容器1、樣品容器2、收樣裝置3、排樣裝置4、真空泵5、光譜儀6、計(jì)算 機(jī)7、DG535觸發(fā)器8、YAG激光器9、光纖10、聚焦透鏡11、針孔12、收集窗口 13、透光窗口 14、觀察窗口 15、進(jìn)光窗口 16、電控脈沖閥門17。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：
[0015] 一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置，包括YAG激光器9、聚焦透鏡11、光纖10、光 譜儀6、DG535觸發(fā)器8和計(jì)算機(jī)7,其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置設(shè) 有一個(gè)由真空腔體和脈沖進(jìn)樣裝置組成的系統(tǒng)，真空腔體與脈沖進(jìn)樣裝置通過(guò)導(dǎo)管相連。
[0016] 所述的真空腔體由圓柱體容器1、收樣裝置3、排樣裝置4和真空泵5構(gòu)成，圓柱體 容器上1右下方與真空泵5通過(guò)導(dǎo)管連接，收樣裝置3位于圓柱體容器1底部，與外部的排 樣裝置4也通過(guò)導(dǎo)管連接，圓柱體容器1側(cè)面設(shè)有四個(gè)透明的窗口前后左右兩兩對(duì)稱，脈沖 激光通過(guò)聚焦透鏡經(jīng)圓柱體容器1左邊的進(jìn)光窗口 16聚焦到液柱中心后經(jīng)右邊的透光窗 口 14透射，后面收集窗口 13裝有一個(gè)聚焦透鏡，光纖10通過(guò)此透鏡采集光譜并送到計(jì)算 機(jī)7,前面觀察窗口 15可以觀察光譜采集情況。所述的脈沖進(jìn)樣裝置由樣品容器2、電控脈 沖閥門17和可更換的細(xì)小針孔12構(gòu)成，電控脈沖閥門17和可更換的細(xì)小針孔12依次位 于連接樣品容器2和圓柱體容器1的導(dǎo)管上，電控脈沖閥門17可控制液柱的形成和持續(xù)時(shí) 間使之與脈沖激光同步，針孔12直徑的選取范圍為50um-lmm。
[0017] 在樣品容器2中注入所要檢測(cè)的液體樣品，關(guān)閉電控脈沖閥門17和排樣裝置4的 開(kāi)關(guān)閘門，打開(kāi)真空泵5將圓柱體容器1抽成真空。DG535觸發(fā)器8發(fā)出觸發(fā)脈沖控制脈 沖閥門17打開(kāi)，樣品容器2中的液體在內(nèi)外壓力差的作用下從針孔12中出射，形成射流液 柱。打開(kāi)脈沖激光器9,在DG535觸發(fā)器8的控制下，激光束經(jīng)聚焦透鏡11通過(guò)左邊的進(jìn)光 窗口 16進(jìn)入圓柱體容器1，調(diào)節(jié)DG535觸發(fā)器8,使脈沖激光每次都與噴射的液柱在針孔附 近相互作用，并聚焦于液柱中心。激光誘導(dǎo)液柱產(chǎn)生的等離子體光譜被裝有聚焦透鏡的收 集窗口 13收集并經(jīng)光纖10傳入光譜儀6中并送入計(jì)算機(jī)7進(jìn)行物質(zhì)元素的處理與分析。 在觀察窗口 15觀察采集情況，當(dāng)收樣裝置3中的液體達(dá)到一定量時(shí)，打開(kāi)排樣裝置4的開(kāi) 關(guān)閥門排出樣品。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變針孔12的直徑來(lái)改變液柱的直徑，以獲取最穩(wěn)定的光 譜。
【權(quán)利要求】
1. 一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置包括YAG激光器、聚焦透鏡、光纖、光譜儀、觸 發(fā)器和計(jì)算機(jī)，其特征在于所述一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置設(shè)有一個(gè)由真空腔體 和脈沖進(jìn)樣裝置組成的系統(tǒng)，真空腔體與脈沖進(jìn)樣裝置通過(guò)導(dǎo)管相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置，其特征在于，真空腔 體由圓柱體容器、收樣裝置、排樣裝置和真空泵構(gòu)成，圓柱體容器右下方與真空泵通過(guò)導(dǎo)管 連接，收樣裝置位于圓柱體容器底部，與外部的排樣裝置也通過(guò)導(dǎo)管連接，圓柱體側(cè)面設(shè)有 四個(gè)透明的窗口前后左右兩兩對(duì)稱，脈沖激光通過(guò)聚焦透鏡經(jīng)圓柱體容器左邊的窗口聚焦 到液柱中心后經(jīng)右邊的窗口透射，后面窗口裝有一個(gè)聚焦透鏡，光纖通過(guò)此透鏡采集光譜 并送到計(jì)算機(jī)，前面窗口可以觀察光譜采集情況。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的 脈沖進(jìn)樣裝置由樣品容器、電控脈沖閥門和可更換的細(xì)小針孔構(gòu)成，電控脈沖閥門和可更 換的細(xì)小針孔依次位于連接樣品容器和圓柱體容器的導(dǎo)管上，電控脈沖閥門可控制液柱的 形成和持續(xù)時(shí)間使之與脈沖激光同步，針孔直徑的選取范圍為50um-lmm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種液體中元素高靈敏快速檢測(cè)裝置，其特征在于，所述的 真空泵和排樣裝置與圓柱體容器連接的導(dǎo)管都裝有開(kāi)關(guān)閥門，保證檢測(cè)時(shí)，圓柱體容器內(nèi) 部為真空環(huán)境。
【文檔編號(hào)】G01N21/73GK104111249SQ201410343007
【公開(kāi)日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2014年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月12日
【發(fā)明者】周衛(wèi)東, 蘇雪嬌 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)