專利名稱：一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及激光光譜分析領域，具體為一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法。
背景技術：
激光誘導擊穿光譜技術是利用短脈沖激光聚焦后作用在樣品表面產(chǎn)生高溫等離子體，在等離子體冷卻前，被激發(fā)的原子、離子及分子將產(chǎn)生元素成分特征的等離子體發(fā)射譜線，通過接收等離子體光譜并對特定元素譜線強度進行分析以進行元素含量的定量測量。激光誘導擊穿光譜測量的系統(tǒng)組成及原理如圖1所示。系統(tǒng)由激光發(fā)射組件、光學接收組件及探測組件等組成。激光器發(fā)出的激光經(jīng)反射鏡、聚焦透鏡聚焦后作用在樣品表面產(chǎn)生激光等離子體，由接收光纖將激光等離子體信號傳輸至光譜儀進行分光，并由探測器進行光電信號的轉換，然后進入數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集處理，電源及控制系統(tǒng)提供激光器及探測器的電源以及探測控制的邏輯時序及觸發(fā)信號。對于水體金屬污染物激光誘導擊穿光譜測量系統(tǒng)，將激光束聚焦后直接作用在水體中產(chǎn)生的激光等離子體信號十分微弱，難以實現(xiàn)有效的探測，較多采用的方法是將聚焦后的激光束作用在水體表面，形成高溫、高熱的激光等離子體，從而進行光譜的測量。目前， 存在的問題有①、由于高能量的激光束作用在水面至激光等離子體形成過程中，將產(chǎn)生水滴濺射的影響，嚴重污染了激光聚焦發(fā)射透鏡和光學接收光纖耦合透鏡，使得激光等離子體產(chǎn)生效率和光譜探測效率嚴重降低，在激光重復作用多次后，以至于無法實現(xiàn)水體金屬污染物激光等離子體光譜的有效測量；②、光譜測量的穩(wěn)定性受到系統(tǒng)參數(shù)(如激光脈沖能量、光束發(fā)射系統(tǒng)穩(wěn)定性等)、環(huán)境條件(如環(huán)境溫度、壓力等)以及測量組分均勻性的影響， 通常以增加激光脈沖數(shù)提高信號強度并以多次平均測量來提高光譜的測量精度，或使用外部參考作歸一化處理，如測量激光能量的波動；對于激光誘導等離子體的形成過程，上述方法明顯不足，如何提高光譜的測量穩(wěn)定性也成為高精度分析的重要一步；③、水體中激光等離子體的持續(xù)發(fā)射時間較短，通常只有幾百納秒，且元素譜線強度較弱，如何延長激光等離子體發(fā)射壽命并增強譜線發(fā)射強度是提高元素分析靈敏度的又一關鍵。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 以解決現(xiàn)有技術中激光誘導擊穿光譜技術直接測量液體樣品存在的靈敏度低的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為
一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于首先將待測液體樣品霧化；其次將霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物表面形成待測液體薄膜； 最后采用激光誘導擊穿光譜技術對表面附著有待測液體薄膜的固體承載物進行探測，得到待測液體樣品中金屬污染物種類及含量。所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于所述固體承載物優(yōu)選結構穩(wěn)定，硬度強的固體。所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于 所述固體承載物成分單一，優(yōu)選純度高的單質。所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于 所述固體承載物為固體石墨。所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于 所述固體承載物優(yōu)選成分中不包含待測液體樣品中所要探測的金屬組分的固體。所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于 霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物前，需對固體承載物表面進行清潔、拋光處理。所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于 采用水滴霧化器將霧化后的待測液體樣品作用在固體承載物表面，使霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物表面形成待測液體薄膜。本發(fā)明通過將待測液體樣品以霧化形式在固體承載物表面形成薄的待測液體薄膜，采用激光誘導擊穿光譜技術進行探測時，聚焦后的激光束直接作用到固體承載物表面產(chǎn)生激光等離子體，由此進行待測液體樣品所含金屬元素的測量。本發(fā)明適用于所有以激光誘導擊穿光譜技術為分析手段的液體樣品中金屬元素的分析。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下
(1)將高能量的聚焦激光束直接作用到固體承載物表面，消除了液滴濺射的影
響，測量過程中避免了激光聚焦發(fā)射透鏡和光學接收光纖耦合透鏡受到污染的問題。(2)相比于待測液體樣品，固體承載物具有相對較低的激光擊穿閾值，易于實現(xiàn)激光誘導光學擊穿，且固體承載物具有較長的激光等離子體發(fā)射壽命，延長了表面待測液體薄膜的激光等離子體發(fā)射時間。(3)固體承載物擊穿過程中產(chǎn)生的高溫、高熱激光等離子體為表面待測液體薄膜等離子體的形成提供了初始電子密度，進一步增強了元素譜線的發(fā)射強度。(4)固體承載物中元素含量和特性為已知，以固體承載物中某一元素特征發(fā)射譜線為參考標準進行被測量元素譜線的歸一化處理，能夠消除系統(tǒng)參數(shù)(如激光脈沖能量、光束發(fā)射系統(tǒng)穩(wěn)定性等)、環(huán)境條件(如環(huán)境溫度、壓力等)以及待測液體樣品特性變化等對測量結果的影響，提高了光譜測量的穩(wěn)定性；
(5)通過對液滴濺射影響去除，光譜穩(wěn)定性的提高，延長激光等離子體的發(fā)射壽命，以及增強被分析元素譜線發(fā)射強度，提高了被分析元素的靈敏度與檢測限；
(6)利用激光脈沖作用后對固體承載物表面的清潔功能，避免了對固體承載物表面的污染，因此對不同的待測液體樣品分析消除了被分析樣品的殘留影響。


圖1為激光誘導擊穿光譜技術的測量系統(tǒng)原理圖。
具體實施例方式一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，首先將待測液體樣品霧化；其次將霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物表面形成待測液體薄膜；最后采用激光誘導擊穿光譜技術對表面附著有待測液體薄膜的固體承載物進行探測，得到待測液體樣品中金屬污染物種類及含量。在本發(fā)明中，固體承載物的選擇對于被分析待測液體樣品元素非常重要。選擇固體承載物的應遵循原則如下
(1)具有較好的結構穩(wěn)定性，激光作用后不易于發(fā)生表面氧化或產(chǎn)生物質結構的改變。(2)具有較強的硬度，激光作用后不易于在其表面形成大的凹坑，以免影響對后續(xù)測量的分析。(3)固體承載物成分單一，純度高，能夠保證激光作用后固體承載物元素發(fā)射譜線對被分析元素干擾小，并能用作標準歸一化處理；
(4)固體承載物中無待測液體樣品所要分析的元素，以減小對被待測液體樣品元素含
量的影響。固體承載物表面待測液體薄膜的產(chǎn)生根據(jù)待測液體樣品中所要分析的元素，確定合適的固體承載物，對固體承載物表面進行清潔、拋光處理。使用水滴霧化器將霧化后的待測液體樣品作用在清潔、拋光后的固體承載物表面，產(chǎn)生微米量級的待測液體薄膜。具體實施例
針對水體重金屬元素快速、多元素同時檢測的需求，選擇了以石墨為固體承載物，在實驗室中對水體重金屬元素Cr、Cd JlKZrKNi等元素進行了測量與分析。結果表明①、消除了以直接作用在水面上水滴濺射的影響；②、以石墨中C元素的發(fā)射譜線作內部歸一化處理，降低了系統(tǒng)參數(shù)、環(huán)境條件及樣品特性對測量結果的影響，提高了光譜測量的穩(wěn)定性； ③、延長了激光等離子體發(fā)射壽命，由直接作用到水面的700ns延長到2100ns ；④、譜線強度提高了近10倍；⑤、各元素的檢測限也提高了 2-5倍。
權利要求
1.一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，其特征在于首先將待測液體樣品霧化；其次將霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物表面形成待測液體薄膜；最后采用激光誘導擊穿光譜技術對表面附著有待測液體薄膜的固體承載物進行探測， 得到待測液體樣品中金屬污染物種類及含量。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 其特征在于所述固體承載物優(yōu)選結構穩(wěn)定，硬度強的固體。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 其特征在于所述固體承載物成分單一，優(yōu)選純度高的單質。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 其特征在于所述固體承載物為固體石墨。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 其特征在于所述固體承載物優(yōu)選成分中不包含待測液體樣品中所要探測的金屬組分的固體。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 其特征在于霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物前，需對固體承載物表面進行清潔、 拋光處理。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法， 其特征在于采用水滴霧化器將霧化后的待測液體樣品作用在固體承載物表面，使霧化后的待測液體樣品附著在固體承載物表面形成待測液體薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高激光擊穿光譜水體金屬污染物探測靈敏度的方法，通過將待測液體樣品以霧化形式在固體承載物表面形成薄的待測液體薄膜，將對待測液體樣品的測量轉變至對固體承載物的分析，從而實現(xiàn)對水體中金屬元素的測量。本發(fā)明不需要繁瑣的樣品制備，提高了激光等離子體測量的穩(wěn)定性，消除水滴濺射的影響，延長了激光等離子體發(fā)射壽命，增強了激光等離子體譜線發(fā)射強度，極大地提高了被分析元素的檢測限，無被分析液體樣品殘留的影響，適用于各種以激光誘導擊穿光譜技術為分析手段的液體樣品中元素的分析。
文檔編號G01N21/63GK102279171SQ20111020766
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2011年7月22日
發(fā)明者劉建國, 劉文清, 劉立拓, 張玉鈞, 王春龍, 石煥, 趙南京, 陳東, 馬明俊 申請人:中國科學院安徽光學精密機械研究所