一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號接收單元、平臺和數(shù)據(jù)分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測裝置設有一個能產(chǎn)生交變磁場的電路組成的信號增強單元。該信號增強單元在制作上成本較低、有很好的實用性。該裝置利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場，通過大小和方向不斷連續(xù)變化的磁場約束激光等離子體，能夠有效的提高激光等離子體的輻射光譜強度。相對于傳統(tǒng)LIBS技術有更強的信號強度、更低的樣品檢出限和更高的穩(wěn)定性等特點。
【專利說明】一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光譜檢測領域，涉及一種激光誘導增強等離子體光譜檢測技術。尤其涉及到一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置。
【背景技術】
[0002]激光誘導擊穿光譜(LIBS)是一種近年來發(fā)展迅速的原子光譜分析技術。這種技術，由于允許快速、多元素實時在線檢測以及無需樣品的制備，已經(jīng)應用于固體、液體和氣體環(huán)境中微量污染物的檢測。當然也在生物醫(yī)學、文物鑒定、空間探索等其他物質(zhì)檢測方面得到了廣泛的應用。
[0003]然而，到目前為止，由于LIBS技術低的靈敏度和測量不穩(wěn)定性，嚴重的制約了它的進一步發(fā)展及定量分析。基于這一問題，國內(nèi)外學者提出了大量的克服方法，這主要包括雙脈沖(DP) LIBS、空間等離子體約束、以及使用其他附加電場或磁場的方法增強激光等離子體輻射，這些方法在一定程度上提高了 LIBS技術的檢測性能。
[0004]其中，磁約束增強等離子體輻射是利用空間的磁場實現(xiàn)對等離子體的約束從而提高其輻射光譜強度，它的主要原理是:高能量激光脈沖誘導產(chǎn)生的等離子體以激光中心線為軸向外快速膨脹，在加磁約束條件下，高速運動的帶電粒子在變化的磁場中受到洛倫磁力的作用開始做圓周運動而被束縛在磁場中，從而增加了等離子體中粒子間的碰撞激發(fā)幾率，從而提高LIBS光譜檢測靈敏度。
[0005]但是，目前關于磁約束的研究只涉及到簡單的勻強磁場，對等離子體約束只是單一均勻磁場，帶電粒子在其中做單一的圓周運動，而如何實現(xiàn)磁場中帶電粒子多方向運動的約束，進一步增加等離子體的碰撞幾率，從而更好地提高光譜強度和穩(wěn)定性，是值得進一步研究的問題。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型針對現(xiàn)有磁約束方案的不足，提出了一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置。該裝置利用交變電流產(chǎn)生的交變磁場，通過大小和方向的不斷連續(xù)變化的交變磁場約束等激光離子體，有效的提高等離子體輻射光譜強度。
[0007]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案如下:
[0008]一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號接收單元、平臺和數(shù)據(jù)分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測裝置設有一個能產(chǎn)生交變磁場的電路組成的信號增強單元。
[0009]所述的信號增強單元包括交流電源、通電螺線管和電阻組成的回路。
[0010]所述的交流電源是市電，電壓為220V，頻率為50Hz。
[0011]所述的通電螺線管為實驗室常用的長直螺線管，兩端的導線與交流電相連，產(chǎn)生方向和大小與電流方向相關的連續(xù)變化的交變磁場。
[0012]本實用新型的工作原理為:通常情況下，高能量激光脈沖誘導產(chǎn)生的等離子體以激光中心線為軸向外快速膨脹。接通電源時，均勻交變電流通過長直螺線管后，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，通電螺線管周圍產(chǎn)生了正比于電流的交變磁場，激光誘導等離子體中高速運動的電子和離子，在磁場中受到洛倫磁力的作用被束縛在磁場中，隨著磁場的變化粒子作反復的螺旋運動，加劇了等離子體中粒子間的碰撞幾率，使得更多的原子或離子獲得能量而被激發(fā)或電離。這樣使得處于激發(fā)態(tài)的原子或離子數(shù)密度增加，等離子體的溫度升高。所以在外加磁約束的情況下激光等離子體輻射光譜強度增強，從而提高LIBS光譜檢測靈敏度。
[0013]運用本實用新型檢測裝置進行的檢測過程如下:
[0014]由上述YAG激光器發(fā)射一束激光被反射鏡反射，通過透鏡聚焦后垂直入射到樣品表面上產(chǎn)生激光等離子體；激光等離子體以垂直于樣品表面的方向迅速向外膨脹，膨脹的等離子體在兩個通電螺線管之間產(chǎn)生的磁場中受洛倫磁力作螺旋運動，增加了粒子之間的碰撞，在碰撞過程中發(fā)生能量的轉(zhuǎn)化，使更多原子和離子獲得能量從低能級被激發(fā)到高能級或電離，從而使得光譜強度增強。然后利用探頭、光纖、光譜儀組成的信號接收單元進行光譜的采集，最后由計算機進行數(shù)據(jù)分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置。
[0016]附圖標識:脈沖激光器1、平面發(fā)射鏡2、聚焦透鏡3、光纖4、DG535觸發(fā)器5、光譜儀6、計算機7、樣品8、平臺9、螺線管10、電阻11、交流電源12。
[0017]圖2為本實用新型信號增強單元結(jié)構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明:
[0019]一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置，包括以下步驟:
[0020]第一步:接通電源12，通過信號增強單元產(chǎn)生的交變電流通過螺線管10，產(chǎn)生交變磁場。
[0021]第二步:脈沖激光器I產(chǎn)生的激光通過平面反射鏡2反射后通過聚焦透鏡3聚焦于固定于平臺9的樣品8表面。
[0022]第三步:將樣品8放于由增強單元產(chǎn)生的磁場中，激光燒蝕樣品產(chǎn)生的等離子體在交變磁場的作用下受洛倫磁力被約束在磁場中做高速反復的螺旋運動，從而加速等離子體中粒子間的碰撞幾率。
[0023]第四步:磁約束作用下的等離子體發(fā)出的光被光纖4收集并傳輸?shù)焦庾V儀6，利用觸發(fā)器5控制光譜儀6記錄實驗數(shù)據(jù)。
[0024]第五步:光譜儀6將實驗數(shù)據(jù)送入計算機7進行處理和分析。
【權利要求】
1.一種交變磁場增強激光誘導等離子體光譜檢測裝置，包括由YAG激光器和透鏡組成的入射單元、由探頭、光纖、光譜儀組成的信號接收單元、平臺和數(shù)據(jù)分析單元，其特征在于所述的等離子體光譜檢測裝置設有一個能產(chǎn)生交變磁場的電路組成的信號增強單元。
2.所述的信號增強單元包括交流電源、通電螺線管和電阻組成的回路。
3.所述的交流電源是市電，電壓為220V，頻率為50Hz。
4.所述的通電螺線管為實驗室常用的長直螺線管，兩端的導線與交流電相連，產(chǎn)生方向和大小與電流方向相關的連續(xù)變化的交變磁場。
【文檔編號】G01N21/63GK203705342SQ201420032172
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權日:2014年1月15日
【發(fā)明者】周衛(wèi)東, 蘇雪嬌 申請人:浙江師范大學