精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及元素分析儀，特別涉及激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的元素分析儀。一種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其主要特點(diǎn)在于包括有脈沖激光器通過(guò)激光傳輸系統(tǒng)將激光束傳導(dǎo)到樣品室內(nèi)的分析樣品上，靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)設(shè)在樣品室上，靶樣品發(fā)射光譜通過(guò)固定在靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)的傳輸光纖與光譜儀連接。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是整套LIBS分析儀由獨(dú)立的激光系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及樣品室組成，既可以作為一臺(tái)設(shè)備使用，也可以方便的更換不同參數(shù)的激光源使用，或不使用樣品室直接對(duì)原位樣品分析，擴(kuò)展該分析儀的應(yīng)用范圍，促進(jìn)儀器的實(shí)用化、商業(yè)化。靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三維空間的微米量級(jí)定位，以及靶點(diǎn)的自動(dòng)修正，提高分析儀器測(cè)量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，提升儀器分析元素的靈敏度。
【專利說(shuō)明】精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及元素分析儀，特別涉及激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的元素分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]元素分析在冶金、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間探測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用需求。常用的元素分析手段包括X射線熒光分析儀、電感耦合等離子體光譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、原子吸收分光光度計(jì)、激光燒蝕感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜等。但是傳統(tǒng)的元素分析儀器多需要進(jìn)行采樣，并對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理后才可以分析，有些分析方法對(duì)樣品形態(tài)、所分析元素種類等都具有較大限制。
[0003]激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)是利用強(qiáng)激光聚焦于樣品表面形成等離子體，通過(guò)測(cè)量等離子體發(fā)射光譜中的特征譜線來(lái)分析樣品中元素成分的分析手段。該方法已經(jīng)在金屬、液體、氣體等樣品中的痕量元素的定性、定量分析應(yīng)用研究方面開(kāi)展了大量工作。與傳統(tǒng)分析方法相比，尚在發(fā)展中的LIBS技術(shù)最大的特點(diǎn)是幾乎不需要制備，對(duì)樣品破壞小，靈敏度高等特點(diǎn)，并且由于該分析方法僅有光束與目標(biāo)靶材的接觸，因而可實(shí)現(xiàn)多元素、原位分析。
[0004]由于LIBS技術(shù)是以激光燒蝕分析樣品形成等離子體為基礎(chǔ)，而激光等離子體參數(shù)、發(fā)射光譜強(qiáng)度以及激光燒蝕靶材料后其組分的分餾效果等均與激光功率密度密切相關(guān)。對(duì)于特定的激光源，其脈沖寬度、激光波長(zhǎng)均已固定，而現(xiàn)在的激光技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)激光脈沖能量的高穩(wěn)定性(抖動(dòng)〈3%)，因此，對(duì)激光聚焦后功率密度影響最大的因素則是精確控制聚焦透鏡至樣品表面的距離；對(duì)于表面不平整或者非規(guī)則樣品，如果能及時(shí)修正透鏡至分析點(diǎn)的距離，則可以大幅度提高LIBS技術(shù)元素分析精度，進(jìn)一步降低元素的檢測(cè)限。
[0005]目前，國(guó)際上可以提供商業(yè)化LIBS設(shè)備的主要廠商有法國(guó)IVEA、英國(guó)AppliedPhotonics等公司。其中在IVEA公司的EasyLIBS等產(chǎn)品上已經(jīng)采用了兩束半導(dǎo)體激光進(jìn)行靶點(diǎn)定位，并通過(guò)攝像頭采集光斑，由肉眼判斷靶點(diǎn)的設(shè)計(jì)。對(duì)于手持式LIBS設(shè)備進(jìn)行快速分析而言，這種設(shè)計(jì)已經(jīng)可以滿足快速分析需求。但是對(duì)于不規(guī)則樣品的靶點(diǎn)精確定位，提高樣品中元素含量分析精度以及重復(fù)測(cè)量等，該裝置還具有一定的局限性。在AppliedPhotonics公司的多款LIBS產(chǎn)品中，盡管已經(jīng)應(yīng)用了一些錐形面光學(xué)元件布局的設(shè)計(jì)，但在其設(shè)計(jì)中，脈沖激光沿中軸線傳輸，這樣設(shè)計(jì)減少了激光傳輸結(jié)構(gòu)，但是也減少激光傳輸?shù)目烧{(diào)節(jié)性，并且對(duì)于激光器與LIBS裝置的尺寸提出了嚴(yán)格要求，不利于更換不同參數(shù)的激光源。在其光學(xué)元件只是按照錐形結(jié)構(gòu)分布，并沒(méi)有固定在錐面上，穩(wěn)固性減弱。該設(shè)計(jì)中攝像頭并不在中軸線安裝，并且也未采用三束激光定位，因此，該設(shè)計(jì)對(duì)于開(kāi)展不規(guī)則樣品的靶點(diǎn)精確定位以及元素分布測(cè)量尚有局限性。并且該LIBS設(shè)備中，也未有環(huán)境氣體噴嘴設(shè)計(jì)，也限制了其在基礎(chǔ)研究以及特殊環(huán)境氣體下元素分析的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于，為避免現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可精確靶點(diǎn)定位，易于操作和推廣，具有較高分析精度的激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析裝置。本實(shí)用新型的目的是將半導(dǎo)體激光定位、CCD圖像分析以及電控精密平移臺(tái)等技術(shù)設(shè)備相結(jié)合，建立可實(shí)現(xiàn)靶點(diǎn)精確定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀器。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:一種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其主要特點(diǎn)在于包括有脈沖激光器通過(guò)激光傳輸系統(tǒng)將激光束傳導(dǎo)到樣品室內(nèi)的分析樣品上，靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)設(shè)在樣品室上，靶樣品發(fā)射光譜通過(guò)固定在靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)的傳輸光纖與光譜儀連接。
[0008]所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，所述的激光傳輸系統(tǒng)包括有在脈沖激光束傳輸?shù)耐ǖ郎显O(shè)有第一激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凹透鏡、紫外石英直角棱鏡及第二激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凸透鏡，在聚焦透鏡安置腔內(nèi)設(shè)有激光聚焦紫外石英透鏡，在聚焦透鏡安置腔外還設(shè)有特征波長(zhǎng)全反射鏡，脈沖激光束依次通過(guò)第一激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凹透鏡、紫外石英直角棱鏡及第二激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凸透鏡及激光聚焦紫外石英透鏡由特征波長(zhǎng)全反射鏡反射后照射在分析樣品上。
[0009]所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，所述的靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)包括有內(nèi)部為錐形、外部為圓柱形的金屬底座，在金屬底座的中心設(shè)有攝像裝置CCD，并在金屬底座的錐面上設(shè)有三臺(tái)帶調(diào)焦的半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器，發(fā)射準(zhǔn)直激光束聚焦于分析樣品表面同一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在放置分析樣品的定位臺(tái)的軸線上，且距離脈沖激光束聚焦透鏡距離為焦距；等離子體光譜收集透鏡組設(shè)置在光纖耦合器安置腔內(nèi)，等離子體光譜收集透鏡組的透鏡中心與半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器在錐面上的位置同心，且聚焦點(diǎn)在分析樣品的表面；等離子體光譜收集透鏡組通過(guò)光纖法蘭上的光纖連接光譜儀；在靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)的錐面上設(shè)有用于樣品室內(nèi)照明的LED照明燈；還設(shè)有用于為樣品表面制造特定種類的環(huán)境氣體的環(huán)境氣體噴嘴。
[0010]所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，所述的樣品室其頂部與靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)連接，連接部分以橡膠圈密封，樣品室設(shè)有帶有激光波段防護(hù)鏡片的用于送取樣品窗口 ；在其下部設(shè)有放置分析樣品的三維電控位移臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)樣品的三維空間精確掃描。
[0011]由于本設(shè)計(jì)采用三束半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光束，故可定位不規(guī)則樣品靶點(diǎn)，降低了 LIBS分析對(duì)樣品平整度的要求，并且，帶有聚焦透鏡的半導(dǎo)體激光器經(jīng)仔細(xì)優(yōu)化后其焦斑可達(dá)到微米量級(jí)，而工業(yè)級(jí)CCD經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后分辨率可達(dá)微米量級(jí)，因此，該系統(tǒng)定位具有很聞的精度。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]I)整套LIBS分析儀由獨(dú)立的激光系統(tǒng)、導(dǎo)光系統(tǒng)、定位系統(tǒng)以及樣品室組成，既可以作為一臺(tái)設(shè)備使用，也可以方便的更換不同參數(shù)的激光源使用，或不使用樣品室直接對(duì)原位樣品分析，擴(kuò)展該分析儀的應(yīng)用范圍，促進(jìn)儀器的實(shí)用化、商業(yè)化。
[0014]2)結(jié)合三束半導(dǎo)體激光共焦定位、CXD圖像采集分析系統(tǒng)的LIBS靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三維空間的微米量級(jí)定位，以及靶點(diǎn)的自動(dòng)修正，提高分析儀器測(cè)量分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，提升儀器分析元素的靈敏度。
[0015]3) 一體化的光路傳輸、精確定位、激光聚焦以及光譜采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得該LIBS分析儀器更加穩(wěn)固、可靠，并且降低了儀器操作人員操作經(jīng)驗(yàn)、維護(hù)調(diào)節(jié)技術(shù)的要求，使儀器易于廣泛推廣。
[0016]4)通過(guò)CXD對(duì)靶材料的成像與手工描繪，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)樣品元素空間分布測(cè)量；
[0017]5)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究成果，增加了與靶心共軸的環(huán)境氣體噴嘴，可創(chuàng)造各種氣體環(huán)境，增強(qiáng)光譜信號(hào)、提高譜線信噪比以及去除大氣背景干擾等，可滿足科學(xué)研究需求以及特殊行業(yè)應(yīng)用需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0018]圖1典型LIBS裝置原理示意圖；
[0019]圖2本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3本實(shí)用新型的靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)實(shí)施例1的主視剖面示意圖；
[0021]圖4本實(shí)用新型的祀點(diǎn)精確定位系統(tǒng)實(shí)施例1仰視不意圖；
[0022]圖5本實(shí)用新型的樣品室主視剖面示意圖；
[0023]圖6本實(shí)用新型的樣品室俯視示意圖；
[0024]圖7本實(shí)用新型的靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)實(shí)施例3的主視示意圖；
[0025]圖8本實(shí)用新型的靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)實(shí)施例3仰視示意圖；
[0026]圖9本實(shí)用新型的測(cè)試流程示意圖。
[0027]圖中:1脈沖激光器；2激光傳輸系統(tǒng)；3LIBS祀點(diǎn)精確定位系統(tǒng)；4樣品室；5傳輸光纖；6光譜儀；7紫外石英直角棱鏡；8脈沖激光束；9激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組；10激光聚焦紫外石英透鏡；11聚焦透鏡安置腔；12特征波長(zhǎng)全反射鏡；13光譜收集耦合透鏡組；14光纖法蘭；15光纖耦合器安置腔；16靶點(diǎn)定位工業(yè)級(jí)CXD ; 17環(huán)境氣體噴嘴；18三維精密電控樣品臺(tái)；19分析樣品；20等離子體羽；21靶點(diǎn)定位半導(dǎo)體激光器；22照明LED光源；23帶激光波段防護(hù)窗的樣品窗；24樣品室主體框架；25脈沖閥。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)例作進(jìn)一步詳述:
[0029]實(shí)施例1:見(jiàn)圖2，一種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其主要特點(diǎn)在于包括有脈沖激光器I通過(guò)激光傳輸系統(tǒng)2將激光束傳導(dǎo)到樣品室4內(nèi)的分析樣品19上，靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)3設(shè)在樣品室4上，靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)3通過(guò)傳輸光纖5與光譜儀6連接。光譜儀采用商用的光纖光譜儀或者是配有像增強(qiáng)CCD探測(cè)器的中階梯光譜儀。
[0030]所述的LIBS分析裝置中的脈沖激光系統(tǒng)I通常采用Nd:YAG商業(yè)激光器產(chǎn)品，輸出脈沖寬度為納秒量級(jí)，具有固定波長(zhǎng)及倍頻波長(zhǎng)輸出，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)需要，亦可選用皮秒、飛秒激光系統(tǒng)等。
[0031]所述的激光傳輸系統(tǒng)2包括有在脈沖激光束8的傳輸通道上設(shè)有第一激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組凹透鏡9-1、紫外石英直角棱鏡7及第二激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組凸透鏡9-2，在聚焦透鏡安置腔11內(nèi)設(shè)有激光聚焦紫外石英透鏡10，在聚焦透鏡安置腔11外還設(shè)有特征波長(zhǎng)全反射鏡12，脈沖激光束8依次通過(guò)第一激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凹透鏡9-1、紫外石英直角棱鏡7及第二激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凸透鏡9-2及激光聚焦紫外石英透鏡10由特征波長(zhǎng)全反射鏡12反射后照射在分析樣品19上。脈沖激光系統(tǒng)I由于采用在聚焦透鏡安置腔11內(nèi)設(shè)有激光聚焦紫外石英透鏡10設(shè)計(jì)，因而可以根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)需要，容易地替換為皮秒、飛秒激光等其他光源系統(tǒng)。
[0032]見(jiàn)圖3及圖4，所述的靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)3包括有內(nèi)部為錐形、外部為圓柱形的金屬底座3-1，在金屬底座3-1的中心設(shè)有攝像裝置(XD16，并在金屬底座3-1的錐面上設(shè)有三臺(tái)帶調(diào)焦的半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器21，發(fā)射準(zhǔn)直激光束聚焦于分析樣品19表面同一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在放置分析樣品19定位底座18的軸線上，且距離脈沖激光束聚焦透鏡10距離為焦距；等離子體光譜收集透鏡組13設(shè)置在光纖耦合器安置腔15內(nèi)，等離子體光譜收集透鏡組13的透鏡中心與半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器21在錐面上的位置同心，且聚焦點(diǎn)為分析樣品19表面；等離子體光譜通過(guò)透鏡組13聚焦至光纖法蘭14上的光纖5連接光譜儀6。金屬底座3-1上設(shè)有環(huán)境氣體噴嘴17指向靶樣品表面以創(chuàng)造所需的氣體環(huán)境；金屬底座3-1上還設(shè)有照明光源LED。
[0033]見(jiàn)圖5及圖6，所述的樣品室4其頂部設(shè)有與定位系統(tǒng)底座3-1尺寸相匹配的圓形接口，可與靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)3連接，樣品室為敞口，連接部分以橡膠圈24-1密封，樣品室4設(shè)有帶有激光波段防護(hù)鏡片的窗口 23，用于送取樣品；在其下部設(shè)有放置分析樣品19的三維電控位移臺(tái)18，被分析樣品放置在三維電控位移臺(tái)18上，以實(shí)現(xiàn)樣品的三維空間精確掃描。
[0034]由于三維電控精密平移臺(tái)精度可達(dá)納米級(jí)的，且激光焦斑尺寸在微米量級(jí)，通過(guò)CCD16獲取分析樣品形貌，并人工繪制掃描軌跡后，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)樣品中元素空間分布的分析。
[0035]本實(shí)用新型所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其精確定位測(cè)量原理在于三臺(tái)準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器發(fā)射準(zhǔn)直激光束聚焦于分析樣品表面同一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在靶點(diǎn)定位底座中軸線上，靶點(diǎn)距離脈沖激光束聚焦透鏡10距離與透鏡焦距匹配；工業(yè)級(jí)CCD16采集分析準(zhǔn)直激光器21的光斑，判斷三個(gè)激光束是否在同一點(diǎn)，若CCD只觀測(cè)到一個(gè)光斑，即可進(jìn)行測(cè)量分析，如果CCD觀測(cè)到三個(gè)光斑，則說(shuō)明樣品未處于激光焦點(diǎn)處，即控制三維電控平移臺(tái)修正樣品位置直至觀測(cè)到一個(gè)光斑為止；由于本設(shè)計(jì)采用三束半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光束，故可定位不規(guī)則樣品靶點(diǎn)，降低了 LIBS分析對(duì)樣品平整度的要求，并且，帶有聚焦透鏡的半導(dǎo)體激光器經(jīng)仔細(xì)優(yōu)化后其焦斑可達(dá)到微米量級(jí)，而工業(yè)級(jí)CCD經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后分辨率可達(dá)微米量級(jí)，因此，該系統(tǒng)定位具有很高的精度。
[0036]所述的LIBS分析裝置中的激光傳輸系統(tǒng)2，包括由紫外石英棱鏡組成的反射鏡7，具有伽利略望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的擴(kuò)束系統(tǒng)9，該望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的兩塊透鏡9-1及9-2分布在一個(gè)石英直角棱鏡7的兩側(cè)，可以縮短對(duì)兩段導(dǎo)光臂的長(zhǎng)度要求，使得裝置更加緊湊。
[0037]使用時(shí)，激光束8在導(dǎo)光臂里經(jīng)透鏡組9擴(kuò)束后從3-1外側(cè)壁進(jìn)入激光傳輸通道，并經(jīng)嵌入聚焦透鏡安置腔11內(nèi)的石英透鏡10進(jìn)行聚焦，聚焦透鏡位置利用螺紋卡環(huán)調(diào)節(jié)；聚焦后的激光束由安裝在錐形座底部的高反鏡12反射后照射在分析樣品19的表面，形成等離子體羽20 ;透鏡到樣品表面距離與透鏡焦距一致；錐體支座中心位置安裝工業(yè)級(jí)CCD16，用于拍攝激光靶點(diǎn)等離子體發(fā)光圖像、半導(dǎo)體激光光斑以及樣品形貌等；見(jiàn)圖4，在錐面對(duì)稱安裝3臺(tái)帶調(diào)焦的半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器21，三臺(tái)準(zhǔn)直激光器經(jīng)聚焦優(yōu)化后形成微米級(jí)光斑并照射于分析樣品表面同一位置；等離子體光譜收集透鏡組13被安裝在光纖耦合器安置腔15內(nèi)，透鏡中心與三束半導(dǎo)體激光在錐面上的位置同心，并精確指向靶點(diǎn)，透鏡組將等離子體光譜收集聚焦后由連接在光纖法蘭14上的光纖傳輸至光譜儀6內(nèi)進(jìn)行分析；由于等離子體光譜信號(hào)在不同環(huán)境氣體下具有不同的演化規(guī)律，本系統(tǒng)中在半導(dǎo)體激光位置圓環(huán)上還設(shè)置了環(huán)境氣體噴嘴17，其方向亦精確指向靶點(diǎn)；此外，為了放置樣品方便以及CCD能夠清楚獲取樣品形貌照片，在該系統(tǒng)中還配置了 LED照明燈22。
[0038]所述的LIBS分析裝置中，激光器、光譜儀以及CXD之前的時(shí)序一般由成熟的脈沖信號(hào)延遲器，例如美國(guó)斯坦福的DG535、DG645精確控制，也可以自行設(shè)計(jì)加工，其控制精度好于I納秒。LIBS設(shè)備常用的商業(yè)光譜儀一般也都配有激光器觸發(fā)信號(hào)模塊，并利用軟件進(jìn)行延遲時(shí)間控制，因此，也可以由光譜儀軟件實(shí)現(xiàn)各硬件之間的時(shí)序同步于延遲。
[0039]本實(shí)用新型的測(cè)試過(guò)程，由緊湊型Nd:YAG激光器I作為燒蝕光源，激光束經(jīng)過(guò)一對(duì)紫外石英棱鏡9傳輸，并由紫外石英透鏡10聚焦后，照射在分析樣品19表面，樣品固定在三維電控平移臺(tái)18上，并按照設(shè)定軌跡移動(dòng)樣品。三束由半導(dǎo)體激光器21輸出的激光束照射在樣品表面上的光斑由(XD16采集，并判斷是否同心，通過(guò)控制精密電控升降臺(tái)，至三束激光束同心為止，即靶點(diǎn)定位完成，此時(shí)，脈沖激光束在樣品表面光斑與三束定位激光同心，即開(kāi)始測(cè)量。同時(shí)樣品運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，C⑶持續(xù)監(jiān)測(cè)三束半導(dǎo)體激光光斑，并控制步進(jìn)電機(jī)修正位置。由脈沖激光燒蝕樣品表面產(chǎn)生的等離子體光譜由耦合透鏡組13耦合進(jìn)光纖5并輸入光譜儀6進(jìn)行分析。光譜儀與激光器以及CCD之前的延遲時(shí)間由脈沖信號(hào)延遲器DG645 (美國(guó)SRS公司)進(jìn)行精確控制。
[0040]實(shí)施例2:—種精確祀點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜兀素分析儀,使用于礦物、巖石等不規(guī)則樣品分析，結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，不同的是使用移動(dòng)電源，不使用樣品室，直接將激光束焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)野外目標(biāo)樣品進(jìn)行測(cè)量并分析其中的元素。
[0041]通常LIBS光譜分析對(duì)于激光功率密度非常敏感，因此，樣品表面的平整度會(huì)LIBS分析結(jié)果有很大的影響。對(duì)于未經(jīng)處理的礦石樣品等，其表面非常不平整，如果不能仔細(xì)對(duì)焦以及優(yōu)化光纖收集耦合，很可能會(huì)測(cè)不到任何信號(hào)。但是采用本實(shí)用新型的帶有靶點(diǎn)精確定位的LIBS分析儀，由于三點(diǎn)可以確定一個(gè)平面，并且該三束激光共有焦點(diǎn)與光纖收集耦合透鏡組共線，故對(duì)于不規(guī)則礦石樣品等，只要調(diào)整三束定位激光交匯，即可很好耦合光譜收集系統(tǒng)并獲得最優(yōu)化的光譜信號(hào)。
[0042]實(shí)施例3:—種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，在真空條件下激光質(zhì)譜或光譜分析。見(jiàn)圖7及圖8，所述的C⑶攝像系統(tǒng)16設(shè)于金屬底座3-1的錐面上，以真空密封連接方式將脈沖閥25設(shè)于金屬底座3-1的中心；同時(shí)選用不銹鋼材料加工定位底座3 -1，并在其圓柱端面加工法蘭刀口，與所擬連接真空腔密封對(duì)接。本實(shí)用新型精確靶點(diǎn)定位系統(tǒng)即可用于真空條件下的激光燒蝕質(zhì)譜、光譜分析定位，并且可實(shí)現(xiàn)真空腔外原位樣品燒蝕、真空腔內(nèi)質(zhì)譜分析等功能。其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。
[0043]實(shí)施例4 一種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，元素空間分布測(cè)量。結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同。不同的是電控精密升降臺(tái)組成的三維電控位移臺(tái)上，以實(shí)現(xiàn)樣品的三維空間精確掃描。由于三維電控精密平移臺(tái)精度可達(dá)納米級(jí)的，且激光焦斑尺寸在微米量級(jí)，通過(guò)CCD16獲取分析樣品形貌，并人工按照CCD所采集圖像繪制電控平移臺(tái)掃描軌跡后，由平移臺(tái)控制程序讀取軌跡數(shù)據(jù)后運(yùn)動(dòng)，同時(shí)光譜儀器采集分析LIBS光譜信號(hào)，通過(guò)強(qiáng)度分析即可獲得特定區(qū)域的元素含量信息。通過(guò)不同區(qū)域的掃描，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)樣品中元素空間分布的分析。[0044]實(shí)施例5:見(jiàn)圖9，一種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀的使用方法，其主要步驟為:
[0045]首先在儀器安裝時(shí)初始設(shè)置三臺(tái)準(zhǔn)直半導(dǎo)體激光器發(fā)射準(zhǔn)直激光束聚焦于分析樣品表面同一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在靶點(diǎn)定位底座軸線上，且距離脈沖激光束聚焦透鏡10距離為透鏡焦距；工業(yè)級(jí)(XD16采集分析準(zhǔn)直激光器21的光斑，判斷三個(gè)激光束是否在同一點(diǎn)，若CCD只觀測(cè)到一個(gè)光斑，即分析樣品處于脈沖激光焦點(diǎn)處，即可進(jìn)行測(cè)量分析，如果CCD觀測(cè)到三個(gè)光斑，則說(shuō)明樣品未處于激光焦點(diǎn)處，即停止測(cè)量，并控制升降臺(tái)移動(dòng)直至觀測(cè)到一個(gè)光斑為止。
[0046]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其特征在于包括有脈沖激光器通過(guò)激光傳輸系統(tǒng)將激光束傳導(dǎo)到樣品室內(nèi)的分析樣品上，靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)設(shè)在樣品室上，靶樣品發(fā)射光譜通過(guò)固定在靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)的傳輸光纖與光譜儀連接。
2.如權(quán)利要求1所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其特征在于所述的激光傳輸系統(tǒng)包括有在脈沖激光束傳輸?shù)耐ǖ郎显O(shè)有第一激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凹透鏡、紫外石英直角棱鏡及第二激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凸透鏡，在聚焦透鏡安置腔內(nèi)設(shè)有激光聚焦紫外石英透鏡，在聚焦透鏡安置腔外還設(shè)有特征波長(zhǎng)全反射鏡，脈沖激光束依次通過(guò)第一激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凹透鏡、紫外石英直角棱鏡及第二激光擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡組中的凸透鏡及激光聚焦紫外石英透鏡由特征波長(zhǎng)全反射鏡反射后照射在分析樣品上。
3.如權(quán)利要求1所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其特征在于所述的靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)包括有內(nèi)部為錐形、外部為圓柱形的金屬底座，在金屬底座的中心設(shè)有攝像裝置CCD，并在金屬底座的錐面上設(shè)有三臺(tái)帶調(diào)焦的半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器，發(fā)射準(zhǔn)直激光束聚焦于分析樣品表面同一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在放置分析樣品的定位臺(tái)的軸線上，且距離脈沖激光束聚焦透鏡距離為焦距；等離子體光譜收集透鏡組設(shè)置在光纖耦合器安置腔內(nèi)，等離子體光譜收集透鏡組的透鏡中心與半導(dǎo)體準(zhǔn)直激光器在錐面上的位置同心，且聚焦點(diǎn)在分析樣品的表面；等離子體光譜收集透鏡組通過(guò)光纖法蘭上的光纖連接光譜儀；在靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)的錐面上設(shè)有用于樣品室內(nèi)照明的LED照明燈；還設(shè)有用于為樣品表面制造特定種類的環(huán)境氣體的環(huán)境氣體噴嘴。
4.如權(quán)利要求1所述的精確靶點(diǎn)定位的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素分析儀，其特征在于所述的樣品室其頂部與靶點(diǎn)精確定位系統(tǒng)連接，連接部分以橡膠圈密封，樣品室設(shè)有帶有激光波段防護(hù)鏡片的用于送取樣品窗口 ；在其下部設(shè)有放置分析樣品的三維電控位移臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)樣品的二維空間精確掃描。
【文檔編號(hào)】G01N21/62GK203824908SQ201420129663
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】張大成, 馬新文, 趙冬梅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所