一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，包括第一激光器、第二激光器和樣品臺(tái)；沿第一激光器的光路依次布置有倍頻發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、能量衰減器和光路爬高系統(tǒng)，經(jīng)光路爬高系統(tǒng)出射的激光由樣品臺(tái)正上方聚焦至樣品表面，產(chǎn)生羽流；第二激光器產(chǎn)生的激光用于對(duì)羽流進(jìn)行原子激發(fā)，發(fā)出特征譜線；還包括信號(hào)采集和處理系統(tǒng)，根據(jù)所述的特征譜線和第一激光器擊打樣品的空間信息，顯示元素在樣品表面的分布信息。本發(fā)明提供一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，能實(shí)現(xiàn)樣品快速、微損、多元素分析檢測(cè)，具有調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、成本低、檢出限低等特點(diǎn)，可根據(jù)不同的樣品，調(diào)節(jié)透鏡與物體的距離以及激光能量，獲得最佳的信噪比。
【專利說(shuō)明】一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光光譜【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]基于激光燒蝕羽流的激光激發(fā)原子突光技術(shù)(plume laser-excited atomicfluorescence,簡(jiǎn)稱PLEAF)是一種新型的多元素分析檢測(cè)技術(shù)。PLEAF能有效解決普通激光激發(fā)原子熒光技術(shù)單波長(zhǎng)單躍遷的局限，實(shí)現(xiàn)樣本(包括未知樣本)多元素分析檢測(cè)，具有檢出限低、無(wú)樣本預(yù)處理、快速等特點(diǎn)。2005年，Cheung等人首次提出PLEAF技術(shù)，并公開了一種簡(jiǎn)單的儀器裝置。Cheung等人指出PLEAF技術(shù)是一種類似熒光光譜技術(shù)，并成功應(yīng)用于金屬合金、陶瓷、聚合物、顏料等檢測(cè)。它的檢出限是激光誘導(dǎo)擊穿光譜幾個(gè)量級(jí)，具有很高的信噪比。
[0003]空間限制是一種提高激光誘導(dǎo)擊穿光譜信號(hào)強(qiáng)度、降低檢出限的一種有效方法。如專利申請(qǐng)CN 103543131A提出了一種基于雙脈沖和空間限制作用提高元素測(cè)量精度的方法，該方法首先在待測(cè)樣品表面上方制作坑洞或者腔體，然后利用雙脈沖激光對(duì)樣品進(jìn)行擊打。第一個(gè)脈沖在坑洞或者腔體內(nèi)部產(chǎn)生低壓環(huán)境，第二個(gè)脈沖則用于激發(fā)樣品產(chǎn)生等離子體。等離子體在擴(kuò)展的過(guò)程中受到空間限制作用，使得等離子體溫度和電子密度顯著提高，而且等離子體更加均勻，有利于增加測(cè)量信號(hào)的穩(wěn)定性，提高信噪比，降低樣品中微量元素的檢出限。該專利指出空間限制能夠提高LIBS測(cè)量信號(hào)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，有利于元素測(cè)量精度的提高。與LIBS技術(shù)相似，PLEAF技術(shù)需要對(duì)樣本進(jìn)行蒸發(fā)和原子化，產(chǎn)生羽流。因此，空間限制同樣也能對(duì)激光激發(fā)的羽流進(jìn)行約束，從而提高檢測(cè)譜線強(qiáng)度，降低檢出限。
[0004]雖然基于激光燒蝕羽流的激光激發(fā)原子熒光技術(shù)已經(jīng)引起研究人員的廣泛關(guān)注，然而現(xiàn)有儀器設(shè)備存在調(diào)節(jié)困難，無(wú)相關(guān)的能量監(jiān)測(cè)、樣品表面成像等輔助設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于激光燒蝕羽流的激光激發(fā)原子熒光光譜裝置，能實(shí)現(xiàn)樣品快速、微損、多元素分析檢測(cè)，具有調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，包括第一激光器、第二激光器和樣品臺(tái)；沿第一激光器的光路依次布置有倍頻發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、能量衰減器和光路爬高系統(tǒng)，經(jīng)光路爬高系統(tǒng)出射的激光由樣品臺(tái)正上方聚焦至樣品表面，產(chǎn)生羽流；第二激光器產(chǎn)生的激光用于對(duì)羽流進(jìn)行原子激發(fā)，發(fā)出特征譜線；還包括信號(hào)采集和處理系統(tǒng)，根據(jù)所述的特征譜線和第一激光器擊打樣品的空間信息，顯不兀素在樣品表面的分布信息。
[0008]其中，所述的信號(hào)采集和處理系統(tǒng)包括:光纖收集系統(tǒng)，用于收集所述的特征譜線；分光系統(tǒng)，用于對(duì)特征譜線進(jìn)行分光；探測(cè)器，用于將分光系統(tǒng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；樣本表面成像系統(tǒng)，用于監(jiān)控第一激光擊打樣品位置，得到采樣點(diǎn)的空間信息和樣品表面信息；計(jì)算機(jī)，根據(jù)所述的電信號(hào)和采樣點(diǎn)的空間信息，顯示元素在樣品表面的分布信肩、O
[0009]優(yōu)選的，所述的分光系統(tǒng)為中階梯光柵光譜儀。
[0010]中階梯光柵光譜儀是以中階梯光柵作為色散元件的光譜儀，無(wú)需光柵掃描即可一次性得到全譜數(shù)據(jù)，能避免普通光譜儀多通道首尾段拼接問(wèn)題。中階梯光柵光譜儀內(nèi)部無(wú)機(jī)械部分,穩(wěn)定性更高,分辨率能達(dá)到0.08nm，能滿足譜線分光要求。
[0011]其中，所述的樣本表面成像系統(tǒng)包括:用于從正方向照明樣品的照明LED光源，位于照明LED光源光軸上的分束鏡,CCD相機(jī)和成像鏡頭,用于米集分束鏡反射的米樣點(diǎn)的空間信息和樣品表面信息。
[0012]優(yōu)選的，所述的光路爬高系統(tǒng)由第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡組成，所述第二反射鏡位于第一反射鏡的正上方，第三反射鏡位于樣品臺(tái)的正上方；所述的第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡均為Nd =YAG三倍頻激光反射鏡。
[0013]光路爬高系統(tǒng)主要用于抬升光路，并將沿水平方向激光轉(zhuǎn)化為沿垂直方向傳播。應(yīng)用光路爬高系統(tǒng)能有效避免升高激光器位置導(dǎo)致激光不穩(wěn)定的因素。激光從樣品正上方擊打樣品表面，有利于羽流的有效激發(fā)，保證羽流均勻?qū)ΨQ分布。由于第一激光器激光經(jīng)過(guò)倍頻發(fā)生器產(chǎn)生355nm波長(zhǎng)激光，為減少激光能量在光路系統(tǒng)的損失，保證激光能量的有效利用率，第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡均為Nd =YAG三倍頻激光反射鏡，反射率大于99%。優(yōu)選的，所述的延時(shí)發(fā)生器控制第一激光器和第二激光器觸發(fā)時(shí)間，設(shè)置第一激光器調(diào)Q信號(hào)的觸發(fā)在氙燈信號(hào)觸發(fā)之后150±20μ S。該時(shí)序的設(shè)置能最大程度保證雙脈沖固體激光器的能量穩(wěn)定性。
[0014]第一激光器為Nd: YAG固體脈沖激光器，第二激光器為準(zhǔn)分子激光器；所述的第一激光器和第二激光器對(duì)應(yīng)的聚焦透鏡為紫外熔融石英玻璃，焦距分別為50mm和75mm。
[0015]Nd:YAG固體脈沖激光器主要用于對(duì)樣本進(jìn)行蒸發(fā)、原子化，產(chǎn)生羽流，而準(zhǔn)分子激光器對(duì)激發(fā)的羽流產(chǎn)生熒光，當(dāng)原子冷卻躍遷到較低能級(jí)時(shí)，產(chǎn)生特征譜線。由于第一激光器和第二激光器的激光波長(zhǎng)分別是355nm和193nm，為紫外波段，選用紫外熔融石英玻璃能有效透過(guò)185nm-2100nm波段激光，保證激光能量的有效利用率。
[0016]優(yōu)選的，所述的聚焦透鏡安裝在沿光軸滑動(dòng)配合的透鏡安裝架上。
[0017]透鏡與樣本的距離是激光誘導(dǎo)擊穿光譜的重要參數(shù)，直接影響激光在待激發(fā)對(duì)象的激光參數(shù)。通常來(lái)說(shuō)，透鏡與樣本的距離應(yīng)小于透鏡的焦距。當(dāng)透鏡與樣本距離減小時(shí)，擊打點(diǎn)的直徑將會(huì)增大，輻射度以及積分通量均會(huì)減小。因此，將透鏡安裝在沿光軸滑動(dòng)配合的透鏡安裝架能根據(jù)樣本性質(zhì)和實(shí)際需求精確調(diào)節(jié)透鏡與樣本的距離。
[0018]其中，所述的樣品臺(tái)包括具有四自由度的電移臺(tái)、活動(dòng)安裝在電移臺(tái)上的升降板和滑動(dòng)配合在電移臺(tái)上的載物臺(tái)；所述升降板上設(shè)有透明的約束窗口，激光透過(guò)約束窗口后擊打樣品；所述升降板的下方設(shè)有約束板，該約束板置于樣品的正上方，約束板上分布有約束腔，該約束腔用于約束樣品激發(fā)的羽流。
[0019]樣品臺(tái)通過(guò)空間限制增強(qiáng)譜線強(qiáng)度，能對(duì)羽流橫向以及縱向進(jìn)行約束，并根據(jù)不同的樣本需求調(diào)節(jié)約束空間大小調(diào)節(jié)譜線強(qiáng)度，譜線強(qiáng)度增強(qiáng)范圍為2-10倍。約束窗口主要用于對(duì)羽流縱向進(jìn)行約束，并對(duì)入射激光與羽流產(chǎn)生的特征譜線具有較好的透射率。約束板主要用于對(duì)羽流的橫向進(jìn)行約束，并使特征譜線進(jìn)行約束傳播，提高譜線收集效率和譜線強(qiáng)度。
[0020]優(yōu)選的，所述的升降板上設(shè)有透光口，該透光口處覆蓋有透光板，所述透光口與透光板組成所述的約束窗口。
[0021]其中，透光板為有機(jī)玻璃板，選用材料為N-BK7，厚度為l_5mm，透過(guò)率大于90%，能量閾值大于lOJ/cm2。譜線增強(qiáng)效果受到約束窗口離樣品距離的影響。由于樣品性質(zhì)和所要檢測(cè)的元素譜線強(qiáng)度不同，本發(fā)明的約束窗口能在垂直方向進(jìn)行移動(dòng)，根據(jù)需要調(diào)節(jié)譜線強(qiáng)度。
[0022]約束板為鍍鉻的招板,厚度為I?3mm。在招板的約束腔內(nèi)進(jìn)行鍍鉻,使內(nèi)腔具有較高的反射率，使特征譜線約束傳播，提高譜線收集效率。
[0023]本發(fā)明具有的有益效果是:
[0024](I)本發(fā)明提供一種基于激光燒蝕羽流的激光激發(fā)原子熒光光譜裝置，能實(shí)現(xiàn)樣品快速、微損、多元素分析檢測(cè)。
[0025](2)可根據(jù)不同的樣品，調(diào)節(jié)透鏡與物體的距離以及激光能量，獲得最佳的信噪比。
[0026](3)具有調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單、快速，功能齊全、穩(wěn)定可靠、成本低、檢出限低等特點(diǎn)。
[0027](4)樣品臺(tái)通過(guò)空間限制增強(qiáng)譜線強(qiáng)度，能對(duì)羽流橫向以及縱向進(jìn)行約束，提高譜線收集效率和譜線強(qiáng)度，能避免激發(fā)顆粒重新覆蓋到樣品表面，并平整樣品表面(特別如新鮮葉片等不平整樣品)，使樣品到聚焦透鏡的距離保持不變從而提高檢測(cè)重復(fù)性。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為原子熒光光譜裝置的光路結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖2為樣品臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖；
[0030]圖3為圖2中樣品臺(tái)的俯視圖；
[0031]圖4為樣品臺(tái)上樣品受擊打的不意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1所示，一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，包括第一激光器1，倍頻發(fā)生器2，延時(shí)發(fā)生器3，能量衰減器4，激光能量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)5，光路爬高系統(tǒng)6，探測(cè)器7,分光系統(tǒng)8,光纖收集系統(tǒng)9,樣品臺(tái)10,第一聚焦透鏡11,第二聚焦透鏡12,樣本表面成像系統(tǒng)13,第二激光器14。
[0033]第一激光器I發(fā)出脈沖激光，經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)，擊打到樣本上，當(dāng)能量密度高于燒蝕閾值時(shí)形成高密度羽流，第二激光器14產(chǎn)生的激光對(duì)羽流進(jìn)行原子激發(fā)，當(dāng)處于激發(fā)態(tài)原子冷卻躍遷到較低能級(jí)時(shí)發(fā)出不同波長(zhǎng)的特征譜線，經(jīng)由光纖收集系統(tǒng)9收集，經(jīng)過(guò)分光系統(tǒng)8，由探測(cè)器7探測(cè)，并在計(jì)算機(jī)15上顯示處理。樣本表面成像系統(tǒng)13用于監(jiān)控激光擊打樣品位置，其圖像信息可以與光譜信息融合，顯示元素在樣品表面的分布信息。激光能量實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)5主要用于實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄激光的能量，用于后序數(shù)據(jù)分析。
[0034]光路爬高系統(tǒng)6由第一反射鏡62和第二反射鏡61和第三反射鏡63組成，優(yōu)選為Nd =YAG三倍頻激光反射鏡，其355nm處的反射率高于99%。
[0035]光纖收集系統(tǒng)由光收集器和光纖組成。樣本表面成像系統(tǒng)13包括(XD相機(jī)134、成像鏡頭133、第二分束鏡132、照明LED光源131。
[0036]可變能量衰減器4具有多種實(shí)現(xiàn)方式，(I) 1/2波片和分束鏡，(2)通過(guò)調(diào)節(jié)光束取樣鏡的角度，(3)利用中性密度濾波片對(duì)能量進(jìn)行衰減。
[0037]第一激光器I為Nd = YAG固體脈沖激光器，激光能量300mJ(@1064nm)，重復(fù)頻率為1-1OHz ;第二激光器14為準(zhǔn)分子激光器，激光能量為8mJ，重復(fù)頻率為l_200Hz，波長(zhǎng)為193nm。
[0038]如圖2和圖3所示，樣品臺(tái)10由3個(gè)單自由度脈沖電動(dòng)位移臺(tái)和電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)組合實(shí)現(xiàn)，包括齒條升降桿901，齒輪滑塊902，直角轉(zhuǎn)接板903，約束窗口 904，圓柱導(dǎo)軌905，約束板906，V型滑塊907，組合電移臺(tái)909，拉桿910，約束腔911。組合電移臺(tái)909采用四自由度(x，y，z，w)組合電移臺(tái),包括三個(gè)單自由度(X、y和z)脈沖電動(dòng)位移臺(tái)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度(w)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)。齒條升降桿901豎直安裝在組合電移臺(tái)909上，齒輪滑塊902與齒條升降桿901嚙合，可沿垂直方向上下移動(dòng)。直角轉(zhuǎn)接板903通過(guò)螺栓固定于齒輪滑塊902上，平面設(shè)有矩形的透光口，透光口邊緣設(shè)有支撐臺(tái)階，透光口內(nèi)設(shè)有透光板，形成約束窗口 904。圓柱導(dǎo)軌905固定在組合電移臺(tái)909，約束板906可沿圓柱導(dǎo)軌905上下滑動(dòng)。圓柱導(dǎo)軌905和齒條升降桿901均通過(guò)螺栓聯(lián)接于組合電移臺(tái)909上。組合電移臺(tái)909開有V型槽，V型滑塊907在拉桿910作用下可沿V型槽左右滑動(dòng)，拉桿910通過(guò)螺紋固定于V型滑塊907內(nèi)。樣品908放置V型滑塊907(相當(dāng)于載物臺(tái))上，激光從上方向下?lián)舸?，通過(guò)約束窗口 904，并經(jīng)過(guò)約束板906，擊打到樣品表面，激發(fā)羽流，發(fā)出特征譜線由光纖收集系統(tǒng)9收集。
[0039]約束窗口 904的材料為N-BK7，厚度為l_5mm，透過(guò)率大于90 %，能量閾值大于lOJ/cm2。約束窗口 904主要用于對(duì)羽流縱向進(jìn)行約束，并對(duì)入射激光與羽流產(chǎn)生的特征譜線具有較好的透射率。N-BK7是一種常見(jiàn)的光學(xué)玻璃，能夠透過(guò)350nm-2000nm波段的光，其激光的透射率大于90%，能量閾值大于lOJ/cm2。因此約束窗口 904選用材料為N-BK7，厚度為l-5m。約束窗口 904可在齒輪滑塊902作用下沿垂直方向進(jìn)行移動(dòng)。譜線增強(qiáng)效果受到約束窗口離樣品距離的影響。由于樣品性質(zhì)和所要檢測(cè)的元素譜線強(qiáng)度不同，本發(fā)明的約束窗口 904能在垂直方向進(jìn)行移動(dòng)，根據(jù)需要調(diào)節(jié)譜線強(qiáng)度。
[0040]在本實(shí)施例中，約束板906的材料為鍍鉻的鋁板，厚度為1mm，其中間均勻布有圓錐形約束腔911，上錐面直徑和下錐面直徑分別是2mm和3mm。約束腔911之間距離應(yīng)與組合電移臺(tái)909規(guī)劃位移相一致。約束板906主要用于對(duì)羽流的橫向進(jìn)行約束，并使特征譜線進(jìn)行約束傳播，提高譜線收集效率和譜線強(qiáng)度，譜線強(qiáng)度增強(qiáng)范圍為2-10倍。在鋁板的約束腔911內(nèi)進(jìn)行鍍鉻，使內(nèi)腔具有較高的反射率，使特征譜線約束傳播，提高譜線收集效率。約束腔采用圓錐形結(jié)構(gòu)，由于其上小下大的結(jié)構(gòu)，比起圓柱型的結(jié)構(gòu)能更好得對(duì)羽流進(jìn)行約束。另外，當(dāng)羽流從圓錐形約束腔射出時(shí)，由于其空間約束加大，其電子密度與運(yùn)動(dòng)速度均會(huì)得到增強(qiáng)，因此更加有利于譜線信號(hào)的增強(qiáng)。約束板906覆蓋樣品表面，有利于平整樣品表面提高重復(fù)性，避免激發(fā)顆粒污染其它待測(cè)區(qū)域。當(dāng)待測(cè)樣品為新鮮葉片等表面不平整樣品時(shí)，其待測(cè)區(qū)域與透鏡距離存在差異，進(jìn)而影響激光到達(dá)樣品的激光參數(shù)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜的檢測(cè)穩(wěn)定性與待檢測(cè)區(qū)域的激光參數(shù)息息相關(guān)，因此平整樣品表面有利于固定激光參數(shù)提高檢測(cè)的重復(fù)性。此外，約束板906的上小下大圓錐形結(jié)構(gòu)有利于最大程度地避免由上一個(gè)檢測(cè)區(qū)域激發(fā)顆粒污染，保證所檢測(cè)對(duì)象為待檢測(cè)區(qū)域的元素。
[0041]V型滑塊907在拉桿910作用下可沿V型槽移動(dòng)，采用此V型滑塊導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，避免升高約束窗口和約束板等繁瑣操作。約束板906與圓柱導(dǎo)軌905之間的連接為緊連接，在重力作用下約束板906不能自由下滑。
[0042]控制組合電移臺(tái)909使約束板906的圓錐型約束腔911與上方激光的位置相對(duì)應(yīng)，設(shè)置組合電移臺(tái)909的工作步長(zhǎng)是圓錐形約束腔相鄰距離或倍數(shù)。第一束激光B經(jīng)過(guò)光路系統(tǒng)，經(jīng)聚焦透鏡從上方向下傳播，穿過(guò)約束窗口 904，并經(jīng)過(guò)圓錐形約束腔擊打樣品。約束窗口 904的其激光透過(guò)率大于90%，能量閾值大于lOJ/cm2。第二束激光A沿垂直方向通過(guò)聚焦透鏡聚焦擊打到激發(fā)出的羽流上，增強(qiáng)譜線信號(hào)。羽流冷卻發(fā)出特征譜線C由上方的光纖收集系統(tǒng)9收集。每個(gè)位置可根據(jù)實(shí)際要求選擇所需擊打的次數(shù)，當(dāng)完成一個(gè)位置之后通過(guò)組合電移臺(tái)909移動(dòng)進(jìn)行多個(gè)位置光譜采集。
[0043]分光系統(tǒng)8為中階梯光柵光譜儀。
[0044]延時(shí)發(fā)生器控制第一激光器1、第二激光器14觸發(fā)時(shí)間和探測(cè)器7門控時(shí)間。延時(shí)發(fā)生器設(shè)置第一激光器調(diào)Q信號(hào)的觸發(fā)在氙燈信號(hào)觸發(fā)之后150±20μ S。探測(cè)器的控制開啟時(shí)間為第二激光器觸發(fā)之后40-100ns。
[0045]激光能量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反饋系統(tǒng)5由熱電脈沖探頭51、第一分束鏡52、USB連接線以及計(jì)算機(jī)15組成。所要監(jiān)測(cè)的激光通過(guò)3:7分束鏡分出30%的激光能量，由熱電脈沖探頭接收，并連接到USB接口，USB接口通過(guò)USB連接到計(jì)算機(jī)，在專用軟件上實(shí)時(shí)顯示記錄激光的能量，用于后序數(shù)據(jù)分析。
[0046]第一聚焦透鏡11和第二聚焦透鏡12安裝于沿光軸方向具有自由度的透鏡安裝架中，用于調(diào)節(jié)樣本與透鏡的距離，從而控制擊打到樣品上的激光參數(shù)。第一聚焦透鏡11和第二聚焦透鏡12選用紫外熔融石英玻璃，焦距分別為50mm，75mm。
[0047]第一反射鏡62、第二反射鏡61和第三反射鏡63選用I英寸三倍頻Nd =YAG激光反射鏡，355nm處的反射率在98%以上。
[0048]本發(fā)明工作時(shí)，設(shè)定延時(shí)發(fā)生器3控制時(shí)序，控制第一激光器1、第二激光器14觸發(fā)時(shí)間和探測(cè)器的門控時(shí)間。第二激光器14觸發(fā)時(shí)間延遲第一激光器I觸發(fā)時(shí)間lOO-lOOOns，探測(cè)器7門控時(shí)間在第一激光器觸發(fā)時(shí)間之后40-100ns。第一激光(1064nm)經(jīng)過(guò)倍頻發(fā)生器2，激光波長(zhǎng)變?yōu)?55nm，通過(guò)能量衰減器4對(duì)激光能量進(jìn)行衰減，依次經(jīng)過(guò)第一反射鏡62和第二反射鏡61,提升激光光路,經(jīng)第三反射鏡63改變光路，向下傳播。激光經(jīng)由第一聚焦透鏡11聚焦到樣品表面，當(dāng)能量密度高于燒蝕閾值時(shí)形成高密度羽流；調(diào)節(jié)樣品臺(tái)10高度使第二激光(193nm)出光口高于約束板906表面2±0.5mm。樣品臺(tái)11可根據(jù)樣品特性是否選用旋轉(zhuǎn)自由度。第二激光(193nm)經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡12聚焦，聚焦到激發(fā)出來(lái)的羽流上，激發(fā)原子。當(dāng)處于激發(fā)態(tài)原子冷卻躍遷到較低能級(jí)時(shí)發(fā)出不同波長(zhǎng)的特征譜線譜線，通過(guò)光纖收集系統(tǒng)9收集進(jìn)行收集，經(jīng)由分光系統(tǒng)8 (中階梯光柵光譜儀)分光，由探測(cè)器7轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)USB連接到計(jì)算機(jī)15中，在計(jì)算機(jī)15進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，確定樣品中某種物質(zhì)的含量。
【權(quán)利要求】
1.一種基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，包括第一激光器、第二激光器和樣品臺(tái)； 沿第一激光器的光路依次布置有倍頻發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生器、能量衰減器和光路爬高系統(tǒng)，經(jīng)光路爬高系統(tǒng)出射的激光由樣品臺(tái)正上方聚焦至樣品表面，產(chǎn)生羽流； 第二激光器產(chǎn)生的激光用于對(duì)羽流進(jìn)行原子激發(fā)，發(fā)出特征譜線； 還包括信號(hào)采集和處理系統(tǒng)，根據(jù)所述的特征譜線和第一激光器擊打樣品的空間信息，顯不兀素在樣品表面的分布信息。
2.如權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的信號(hào)采集和處理系統(tǒng)包括: 光纖收集系統(tǒng)，用于收集所述的特征譜線； 分光系統(tǒng)，用于對(duì)特征譜線進(jìn)行分光； 探測(cè)器，用于將分光系統(tǒng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 樣本表面成像系統(tǒng)，用于監(jiān)控第一激光擊打樣品位置，得到采樣點(diǎn)的空間信息和樣品表面信息； 計(jì)算機(jī)，根據(jù)所述的電信號(hào)和采樣點(diǎn)的空間信息，顯示元素在樣品表面的分布信息。
3.如權(quán)利要求2所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的分光系統(tǒng)為中階梯光柵光譜儀。
4.如權(quán)利要求2所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的樣本表面成像系統(tǒng)包括: 用于從正方向照明樣品的照明LED光源， 位于照明LED光源光軸上的分束鏡， CCD相機(jī)和成像鏡頭,用于米集分束鏡反射的米樣點(diǎn)的空間信息和樣品表面信息。
5.如權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的光路爬高系統(tǒng)由第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡組成，所述第二反射鏡位于第一反射鏡的正上方，第三反射鏡位于樣品臺(tái)的正上方； 所述的第一反射鏡、第二反射鏡和第三反射鏡均為Nd =YAG三倍頻激光反射鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的延時(shí)發(fā)生器控制第一激光器和第二激光器觸發(fā)時(shí)間，設(shè)置第一激光器調(diào)Q信號(hào)的觸發(fā)時(shí)間在氣燈信號(hào)觸發(fā)之后150±20 μ S。
7.如權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，第一激光器為Nd:YAG固體脈沖激光器，第二激光器為準(zhǔn)分子激光器； 所述的第一激光器和第二激光器對(duì)應(yīng)的聚焦透鏡為紫外熔融石英玻璃，焦距分別為50mm 和 75mm。
8.如權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的聚焦透鏡安裝在沿光軸滑動(dòng)配合的透鏡安裝架上。
9.如權(quán)利要求1所述的基于激光燒蝕羽流的原子熒光光譜裝置，其特征在于，所述的樣品臺(tái)包括具有四自由度的電移臺(tái)、活動(dòng)安裝在電移臺(tái)上的升降板和滑動(dòng)配合在電移臺(tái)上的載物臺(tái)； 所述升降板上設(shè)有透明的約束窗口，激光透過(guò)約束窗口后擊打樣品； 所述升降板的下方設(shè)有約束板，該約束板置于樣品的正上方，約束板上分布有約束腔，該約束腔用于約束樣品激發(fā)的羽流。
10.如權(quán)利要求9所述的多模式激光誘導(dǎo)擊穿光譜裝置，其特征在于，所述的升降板上設(shè)有透光口，該透光口處覆蓋有透光板，所述透光口與透光板組成所述的約束窗口。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK104374759SQ201410653736
【公開日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】劉飛, 彭繼宇, 何勇, 宋坤林, 張初, 方慧 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)