激光诱导击穿光谱(LIBS)重金属检测系统的设计

摘要

重金属及其化合物在环境中难以降解，能够在土壤和水体中长期存在引起污染，并通过饮用水和生物链富集进入人体，对人体健康造成很大损害；工业产品中的重金属含量不但会造成环境污染，也会通过某些途径损害人的健康
　　 现有的各种针对重金属的检测手段中，X射线荧光光谱法比较简单快捷，但其精度有限，一般只能作为定性检测；原子吸收光谱AAS、电磁耦合等离子体光谱法ICP-OES和电磁耦合等离子体质谱法ICP-MS的检测精度都很高，其检出限可以达到ppb(ppb-十亿分之一)量级，但是需要对样品进行复杂的前处理过程，甚至需要几天的处理时间。所以探索一种简单、快捷、实用的重金属检测手段有着十分重要的现实意义和科研意义。
　　 本论文的主要目的是研究一种基于激光诱导击穿光谱(Laser-inducedBreakdown Spectroscopy，LIBS)技术的重金属检测系统，该系统使用简单，无需样品前处理，检测过程对样品基本无损害，该系统能够实现定性和定量检测，对于铅、铬和镉这三种RoHS指令所规定的元素的检出限达到20ppm(ppm-百万分之一)以下。
　　 本论文主要分为以下六个部分：
　　 第一章详细比较了现有的几种检测重金属检测手段的优缺点，包括它们的检测精度、应用简易性和使用范围等，阐述了LIBS技术作为一种新的检测手段的特点和优势，介绍了从LIBS从1962年被提出以来其几十年发展历程以及国内外LIBS研究的最新发展。
　　 第二章主要是阐述LIBS技术利用原子或离子辐射特征光谱来检测重金属含量的基本原理，并详细说明本论文所研究的LIBS系统的构成部分以及各部分功能。
　　 第三章介绍本论文系统中相关的电子技术，介绍了自主研制的一些电子模块、计算机程序和界面操作软件。
　　 第四章是本论文的最主要部分，主要是阐述本论文LIBS系统的调试过程，包括单色仪的波长校正、透镜到样品的距离(LTSD)调试、采样延时和采样门宽的调试，详细介绍了一种简易的参考样品制作方法，并以这种方法制作的参考样品对本LIBS系统进行定标，为下一步定量检测打下基础。
　　 第五章中对本论文所研究的LIBS系统进行稳定性测试，计算定量测试的检出限，并将其检测结果与传统的高精度检测方法ICP-OES进行比较。
　　 第六章是对本论文进行总结，分析本论文存在的不足，展望进一步研究的方向和意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1重金属污染的危害

1.2常用的重金属检测手段

1.3激光诱导击穿光谱(LIBS)技术介绍

1.4激光诱导击穿光谱技术的国内外发展状况

第二章激光诱导击穿光谱仪的实现原理

2.1 LIBS检测的原理

2.2激光诱导击穿光谱仪的构成

第三章LIBS系统的相关电子技术

3.1光电倍增管

3.2触发器(PIN管)

3.3 AD采集模块(数字示波器)

3.4电子控制箱

3.5 PC控制软件程序

第四章激光诱导击穿光谱仪的调试和定标

4.1单色仪的输出波长校正

4.2透镜到样品距离(LTSD)的微调

4.3采样延时和采样门宽的设置

4.4铝合金类标样的测试结果

4.5油漆类参考样品的制作

4.6实验结果

4.7激光诱导击穿光谱仪的定标

4.8关于Hg元素的测试——光电双脉冲

第五章激光诱导击穿光谱仪的检测

5.1仪器测试结果准确性检验

5.2仪器稳定性测试

5.3检出限计算(σLOD)

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录实验装置实物图

致 谢