一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測土壤重金屬的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光誘導(dǎo)等離子體光譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用激光誘導(dǎo)擊 穿光譜檢測土壤重金屬的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，但隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、城市化進(jìn)程的快 速推進(jìn)，土壤重金屬污染程度正在加劇、污染面積逐年擴(kuò)大，在國土部與環(huán)保部聯(lián)合發(fā)布的 《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》中給出我國表層土壤與"七五"時期相比鎘、汞、砷、銅、鉛、 鉻、鋅、鎳等重金屬含量增加比較顯著。重金屬在土壤中形態(tài)多變且很難降解，通過植物根 系的吸收富集，經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體將對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。
[0003] 當(dāng)前檢測土壤重金屬的方法主要有石墨爐原子吸收分光光度法、火焰原子吸收分 光光度法以及電化學(xué)法等，其技術(shù)方法與檢測設(shè)備決定了檢測周期長、費(fèi)用高、不能現(xiàn)場檢 測，并且土壤樣品在采集、運(yùn)輸及處理中存在被二次污染的風(fēng)險，不能滿足土壤重金屬污染 現(xiàn)場普查以及重金屬污染事故應(yīng)急監(jiān)測。
[0004]激光誘導(dǎo)擊穿光譜（（Laser-InducedBreakdownSpectroscopy，LIBS))檢測技術(shù) 是近年二十年發(fā)展起來的一種快速元素分析技術(shù)，是基于短脈沖高功率密度的激光作用于 樣品表面消融產(chǎn)生高溫等離子體，通過探測分析等離子體冷卻過程中輻射的原子或離子譜 線來確定樣品的物質(zhì)構(gòu)成及成分含量等信息。LIBS技術(shù)具有無需樣品預(yù)處理、多元素同時 檢測等特點(diǎn)，能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法不能現(xiàn)場和實(shí)時快速監(jiān)測的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測土壤重金屬的方法與裝置，解 決現(xiàn)有土壤重金屬檢測技術(shù)設(shè)備存在的費(fèi)時費(fèi)財費(fèi)力且不能現(xiàn)場檢測的問題，實(shí)現(xiàn)土壤重 金屬污染的快速、現(xiàn)場、定量檢測。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測土壤重金屬的裝置，其特征在于：包括有控制系統(tǒng)、手 持工作頭，所述的控制系統(tǒng)包括有工控機(jī)以及與工控機(jī)控制連接的供氣模塊、光譜儀、激光 電源模塊，工控機(jī)上安裝有KVM虛擬機(jī)；所述的手持工作頭包括有工作頭主體基座、手柄， 工作頭主體基座上安裝有激光頭，激光電源模塊為激光頭供電，工作頭主體基座的前、后端 分別設(shè)有等離子體激發(fā)與收集單元、傳輸線纜管；所述的等離子體激發(fā)與收集單元包括有 固定在工作頭主體基座前端的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的前端通過調(diào)節(jié)螺栓和碟簧安裝有中空 腔體，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有透鏡座，透鏡座上固定有聚焦透鏡，中空腔體的側(cè)壁上開有導(dǎo)氣孔， 中空腔體的前端中心位置固定有等離子體激發(fā)約束腔，等離子體激發(fā)約束腔的兩側(cè)均設(shè)有 等立體信號耦合光學(xué)組件，等離子體激發(fā)約束腔上固定有聲信號傳感器，等離子體激發(fā)約 束腔前端面接觸被檢測樣品；所述的調(diào)節(jié)螺栓和碟簧采用了 120°均分的三角支撐點(diǎn)調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)，即調(diào)節(jié)螺栓和碟簧于圓周上120°角均勻分布，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓和碟簧的松緊度達(dá) 到等離子體激發(fā)約束腔的二維角度調(diào)整目的，從而實(shí)現(xiàn)激光頭發(fā)出的激光激發(fā)點(diǎn)位置與聚 焦透鏡的焦點(diǎn)共軸；而激光聚焦點(diǎn)對于被檢測樣品表面的相對位置通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動 透鏡座和聚焦透鏡沿光軸前后移動實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整；所述的等立體信號耦合光學(xué)組件連接有 信號傳輸光纖，信號傳輸光纖通過傳輸線纜管與控制系統(tǒng)的光譜儀連接，聲信號傳感器與 工控機(jī)電連接，供氣模塊通過供氣管與導(dǎo)氣孔連接。
[0007] 所述的利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測土壤重金屬的裝置，其特征在于：所述的控制 系統(tǒng)安裝于輪式機(jī)柜中。
[0008] 所述的利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測土壤重金屬的裝置，其特征在于：所述的等離 子體激發(fā)約束腔采用半球中空結(jié)構(gòu)，半球半徑為5mm到8mm之間。
[0009] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是： 本發(fā)明在等離子體激發(fā)與收集部分采用了空間約束技術(shù)和多通道信號采集方式，并輔 以同軸吹氣驅(qū)散懸浮微塵方法，同時利用聲信號傳感器監(jiān)測等離子體激發(fā)時的聲音信號， 對光譜信號進(jìn)行歸一化運(yùn)算處理；利用此系統(tǒng)進(jìn)行對比光譜測試，光譜數(shù)據(jù)的檢測穩(wěn)定性 與譜線信號強(qiáng)度得到顯著提高，能夠滿足土壤重金屬污染的現(xiàn)場檢測需要。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明的手持工作頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明的等離子體激發(fā)與收集單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖4為激光誘導(dǎo)土壤等離子體光譜數(shù)據(jù)對比圖。
[0014] 圖5為激光誘導(dǎo)土壤等離子體光譜數(shù)據(jù)對比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 如圖1所示，一種利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測土壤重金屬的裝置，包括有控制系 統(tǒng)、手持工作頭F，控制系統(tǒng)包括有工控機(jī)A以及與工控機(jī)A控制連接的供氣模塊B、光譜儀 C、激光電源模塊D，工控機(jī)A上安裝有KVM虛擬機(jī)E。
[0016] 如圖2所示，手持工作頭F包括有工作頭主體基座3、手柄4,工作頭主體基座3上 安裝有激光頭1，激光電源模塊D為激光頭1供電，工作頭主體基座3的前、后端分別設(shè)有等 離子體激發(fā)與收集單元2、傳輸線纜管5。
[0017] 如圖3所示，等離子體激發(fā)與收集單元2包括有固定在工作頭主體基座前端的旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)209,旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)209的前端通過調(diào)節(jié)螺栓210和碟簧211安裝有中空腔體201，旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)209內(nèi)設(shè)有透鏡座208,透鏡座208上固定有聚焦透鏡207,中空腔體201的側(cè)壁上開有 導(dǎo)氣孔206,中空腔體201的前端中心位置固定有等離子體激發(fā)約束腔202,等離子體激發(fā) 約束腔202的兩側(cè)均設(shè)有等立體信號耦合光學(xué)組件203,等離子體激發(fā)約束腔202上固定有 聲信號傳感器205,等離子體激發(fā)約束腔202前端面接觸被檢測樣品；調(diào)節(jié)螺栓210和碟簧 211采用了 120°均分的三角支撐點(diǎn)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，即調(diào)節(jié)螺栓210和碟簧211于圓周上120° 角均勻分布，通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓210和碟簧211的松緊度達(dá)到等離子體激發(fā)約束腔202的 二維角度調(diào)整目的，從而實(shí)現(xiàn)激光頭1發(fā)出的激光激發(fā)點(diǎn)位置與聚焦透鏡207的焦點(diǎn)共軸； 而激光聚焦點(diǎn)對于被檢測樣品表面的相對位置通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)209帶動透鏡座208和聚 焦透鏡207沿光軸前后移動實(shí)現(xiàn)精細(xì)調(diào)整；等立體信號耦