Лазерно-искровой эмиссионный спектрометр с оптоакустическим датчиком

Авторы патента:

Полезная модель относится к аналитической атомной спектрометрии и может быть использована в спектральном анализе для экспрессного определения состава вещества с улучшенным показателем воспроизводимости измерений в геологоразведке, санитарном контроле неорганических токсикантов с использованием лазерного излучения. Сущность устройства состоит в том, что оно содержит импульсный d:ИГ лазер с модуляцией добротности, поворотные зеркала, прямоугольные призмы для заведения излучения перпендикулярно поверхности, фокусирующую линзу, столик для размещения пробы, собирающую оптическую систему, спектрограф, регистрирующую цифровую камеру, компьютер, а акустический сигнал при оптическом пробое регистрируется оптоакустическим датчиком, сигнал которого оцифровывается аналого-цифровым преобразователем, синхронизация измеряющей системы и лазера осуществляется генератором импульсов. Технический результат заключается в улучшении воспроизводимости анализа исследуемых объектов при коррекции массы испаряемой пробы с помощью оптоакустического датчика. Устройство позволяет проводить дистанционный анализ и оценивать относительное изменение массы испаряемого вещества от импульса к импульсу.

Известно устройство «Лазерно-искровой спектроанализатор» (патент RU 2163370 G01N 21/63, G01N 21/67, G01N 21/39, опубл. 20.02.2001 г.), содержащее лазер, излучение которого фокусируется на анализируемый объект, расположенный под ним предметный столик для анализируемого объекта, два электрода аналитического разрядного промежутка, размещенные один над другим и расположенные над поверхностью анализируемого объекта и, конденсатор, обкладки которого соединены с электродами аналитического разрядного промежутка. Дополнительное воздействие электрическим разрядом на испаренную пробу значительно усложняет конструкцию, исключает возможность дистанционного бесконтактного анализа, увеличивает селективное испарение легколетучих компонентов, что значительно снижает правильность анализа.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель «Лазерно-искровой спектрометр с микропозиционированием» (патент RU 95844, G01N 21/39, G01N 21/63 опубл. 17.02.2010 г.). Сущность модели состоит в том, что она содержит лазерный комплекс, систему держателей поворотных зеркал, фокусирующую оптику, собирающую оптическую систему, полихроматор, регистрирующую камеру, персональный компьютер, позиционирующее устройство для размещения исследуемого образца

Недостатком прототипа является невозможность корректировать величину измеряемого эмиссионного сигнала на количество испаренной пробы. Это не позволяет учесть флуктуацию массы испаряемой пробы от импульса к импульсу и достичь высоких показателей воспроизводимости.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке пригодного для экспрессных измерений в полевых условиях устройства для лазерно-искрового эмиссионного анализа твердых веществ с улучшенной воспроизводимостью за счет коррекции флуктуации массы испаряемой пробы от импульса к импульсу.

Данная задача решается за счет того, что лазерно-искровой эмиссионный спектрометр с оптоакустическим датчиком, содержит импульсный Nd:АИГ лазер с модуляцией добротности, поворотные зеркала, прямоугольные призмы для заведения излучения перпендикулярно поверхности, фокусирующую линзу, столик для размещения пробы, собирающую оптическую систему, спектрограф, регистрирующую цифровую камеру, компьютер отличающийся тем, что спектрометр дополнительно содержит оптоакустический датчик; аналого-цифровой преобразователь для оцифровки акустического сигнала; генератор импульсов для синхронизации лазера, цифровой камеры и аналого-цифрового преобразователя. Одним из отличительных признаков заявляемого изобретения является возможность измерения оптоакустического сигнала. При воздействии лазерного импульса происходит оптический пробой, что сопровождается появлением акустической волны, интенсивность которой пропорциональна массе испаренного вещества. Изменение поверхности кратера, образующегося после выноса вещества, приводит к варьированию массы испаряемого вещества от импульса к импульсу.

Технический результат заключается в улучшении воспроизводимости анализа исследуемых объектов при коррекции массы испаряемой пробы с помощью оптоакустического датчика. Устройство позволяет проводить дистанционный анализ и оценивать относительное изменение массы испаряемого вещества от импульса к импульсу.

Устройство работает следующим образом. Импульсный лазер 1 (см. фиг. 1) работает в режиме внутренней синхронизации с частотой 5 Гц, излучение лазера пере дается с помощью зеркала 2 и призм 3 на линзу 4 и фокусируется на поверхность пробы, размещенной на трансляционном столике 5, излучение лазерно-индуцированной плазмы собирается конденсором 6 и попадает на спектрограф 7, регистрации спектра осуществляется цифровой камерой 8, оптоакустический сигнал регистрирует датчик 10, сигнал с которого поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 11, запуск камеры и АЦП с необходимым временным сдвигом относительно лазерного импульса осуществляется с помощью двухканального генератора импульсов 12, запуск которого происходит за счет синхронного запускающего импульса с затвора лазера, Цифровые данные поступают на компьютер 9.

Лазерно-искровой эмиссионный спектрометр с оптоакустическим датчиком, содержащий импульсный d:И лазер с модуляцией добротности (1), поворотные зеркала (2), прямоугольные призмы для заведения излучения перпендикулярно поверхности (3), фокусирующую линзу (4), столик для размещения пробы (5), собирающую оптическую систему (6), спектрограф (7), регистрирующую цифровую камеру (8), компьютер (9), отличающийся тем, что спектрометр дополнительно содержит оптоакустический датчик (10); аналого-цифровой преобразователь для оцифровки акустического сигнала (11); генератор импульсов (12) для синхронизации лазера, цифровой камеры и аналого-цифрового преобразователя.