增强等离子体光谱强度和重复性的系统及其使用方法

1.本技术涉及等离子体设备技术领域，尤其涉及一种增强等离子体光谱强度和重复性的系统及其使用方法。


背景技术：

2.等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态。
3.激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy，libs)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。相关技术中，libs系统包括一个激光发射装置、样品夹持装置、图像采集装置和光谱仪，激光发射装置向样品表面发射脉冲激光并形成等离子体，图像采集装置和光谱仪分别采集脉冲激光聚焦样品表面后的等离子体的图像和光谱，通过对采集的等离子体的图像和光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。
4.然而，样品表面形成的等离子体的能量较低，导致等离子体光谱强度和重复性较低。


技术实现要素：

5.本技术提供一种增强等离子体光谱强度和重复性的系统及其使用方法，旨在解决样品表面形成的等离子体的能量较低，导致等离子体光谱强度和重复性较低的问题。
6.为了实现上述目的，第一方面，本技术提供一种增强等离子体光谱强度和重复性的系统，包括壳体、激光器、光谱检测器、图像采集器和等离子体能量增加器，等离子体能量增加器安装于壳体，壳体内部具有容纳腔，壳体具有多个朝向不同的壳壁，壳壁上开设有连通外部与容纳腔的通孔，至少一个壳壁上的通孔为样品输送口；
7.激光器、光谱检测器和图像采集器分别安装于不同的壳壁的通孔处。
8.本技术提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统，包括具有容纳腔的壳体、激光器、光谱检测器、图像采集器和等离子体能量增加器，壳体具有多个朝向不同的壳壁，壳壁上开设有连通外部与容纳腔的通孔，至少一个壳壁上的通孔为样品输送口，并通过样品输送口将样品输送至容纳腔中，激光器、图像采集器和光谱检测器分别安装于不同的壳壁的通孔处，并分别用于在样品表面生成等离子体、采集等离子体的图像和检测等离子体的光谱，通过在壳体上增设等离子体能量增加器，可以增加等离子体的能量，进而增强等离子体的光谱强度和重复性。
9.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，还包括样品夹持机构，样品夹持机构包括操作件、夹持连接件和样品夹持件，样品夹持件用于夹持待测样品；
10.样品夹持件位于容纳腔中，操作件位于容纳腔外，夹持连接件的第一端与样品夹持件连接，夹持连接件的第二端穿过样品输送口并与操作件连接。
11.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，等离子体能量增加器包括磁场调节器，磁场调节器安装在壳体的容纳腔中；
12.磁场调节器包括磁体安装件、两个磁体、两个调节件和两个磁体夹持件，两个磁体夹持件分别位于磁体安装件的相对两侧，两个磁体分别夹持在两个磁体夹持件中，两个调节件分别靠近两个磁体夹持件设置，用于调整两个磁体夹持件之间的间距；
13.两个磁体分别位于样品夹持件的相对两侧。
14.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，等离子体能量增加器包括辅助激光器，辅助激光器安装在壳壁的通孔处；
15.辅助激光器的激光出射时间滞后于激光器的激光出射时间。
16.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，辅助激光器与激光器安装于同一通孔处，辅助激光器的激光光路与激光器的激光光路平行或重合；
17.或，辅助激光器与激光器分别安装于不同的通孔处，辅助激光器的激光光路与激光器的激光光路垂直。
18.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，等离子体能量增加器包括真空调节器，真空调节器安装在壳壁的通孔处；
19.真空调节器具有抽气端，抽气端与通孔连通。
20.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，还包括发光器，发光器的发光端朝向壳壁上的一个通孔；
21.和/或，还包括观察窗，观察窗设置于壳壁上的另一个通孔。
22.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，还包括气体调节器，气体调节器包括多通阀和多个气室，多通阀具有多个进气口和一个出气口，多通阀的多个进气口与多个气室一一对应地连通，多通阀的出气口与壳壁上的一个通孔连通。
23.在上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，可选的是，还包括驱动机构，驱动机构包括三坐标轴移动工作台和固定夹持件，固定夹持件连接在三坐标轴移动工作台的运动输出端；
24.样品夹持机构还包括伸缩组件，伸缩组件包括依次连接的第一安装件、柔性件和第二安装件，第一安装件与壳壁连接，第二安装件分别与固定夹持件和操作件连接。
25.第二方面，本技术提供一种增强等离子体光谱强度和重复性的系统的使用方法，应用于上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，使用方法包括：
26.将待测样品置于增强等离子体光谱强度和重复性的系统的容纳腔内；
27.向待测样品表面发射激光并形成等离子体；
28.采用等离子体能量增加器增加等离子体的能量；
29.获取等离子体的图像，并确定等离子体的光谱。
30.本技术提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的使用方法，包括将待测样品置于增强等离子体光谱强度和重复性的系统的容纳腔内，向待测样品表面发射激光并形成等离子体，采用等离子体能量增加器增加等离子体的能量，获取等离子体的图像，并确定等离子体的光谱，其中，通过等离子体能量增加器增加等离子体的能量，进而增强等离子体的光谱强度和重复性。
31.本技术的构造以及它的其他申请目的及有益效果将会通过结合附图而对优选实
施方式的描述而更加明显易懂。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的示意图；
34.图2为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的局部结构示意图；
35.图3为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的图2的侧视图；
36.图4为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的图3的a-a剖面图；
37.图5为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的磁场调节器与样品夹持机构的组装图；
38.图6为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的样品夹持机构的结构示意图；
39.图7为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的使用方法的流程图。
40.附图标记说明：
41.100-壳体；
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110-容纳腔；
42.120-通孔；
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130-观察窗；
43.140-端盖；
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141-过孔；
44.150-罩体；
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160-底座；
45.170-顶盖；
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180-透光罩；
46.190-透光法兰；
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200-激光器；
47.300-光谱检测器；
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400-图像采集器；
48.410-第一图像采集器；
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420-第二图像采集器；
49.500-等离子体能量增加器；
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510-磁场调节器；
50.511-磁体安装件；
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512-磁体；
51.513-调节件；
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514-磁体夹持件；
52.515-安装座；
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520-辅助激光器；
53.530-真空调节器；
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531-抽气端；
54.600-样品夹持机构；
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610-操作件；
55.620-夹持连接件；
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630-样品夹持件；
56.640-第一安装件；
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650-柔性件；
57.660-第二安装件；
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700-驱动机构；
58.710-三坐标轴移动工作台；
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711-第一方向调节件；
59.712-第二方向调节件；
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713-第三方向调节件；
60.714-导轨；
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715-第一方向微调件；
61.716-第二方向微调件；
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720-固定夹持件；
62.800-发光器；
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900-气体调节器。
具体实施方式
63.等离子体是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy，libs)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高，可以将任何物态(固态、液态、气态)的样品激发形成等离子体，libs技术原则上可以分析任何物态的样品。相关技术中，libs系统包括一个激光发射装置、样品夹持装置、图像采集装置和光谱仪，激光发射装置向样品表面发射脉冲激光形成等离子体，图像采集装置和光谱仪分别采集等离子体的图像和光谱，通过对采集的等离子体的图像和光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。然而，样品表面形成的等离子体由单脉冲激发，单脉冲的激发能量较低使得等离子体获得的能量较低，等离子体中吸收能量发生跃迁产生辐射光的粒子较少，导致等离子体的光谱强度较低；产生辐射光与随机碰撞的粒子的比例较低，增大了等离子体的光谱波动，导致等离子体的光谱重复性较低。
64.基于上述的技术问题，本技术提供了一种增强等离子体光谱强度和重复性的系统及其使用方法，该系统包括具有容纳腔的壳体、激光器、光谱检测器、图像采集器和等离子体能量增加器，壳体具有多个朝向不同的壳壁，壳壁上开设有连通外部与容纳腔的通孔，至少一个壳壁上的通孔为样品输送口，并通过样品输送口将样品输送至容纳腔中，激光器、图像采集器和光谱检测器分别安装于不同的壳壁的通孔处，并分别用于在样品表面生成等离子体、采集等离子体的图像和检测等离子体的光谱，通过在壳体上增设等离子体能量增加器，可以增加等离子体的能量，进而增强等离子体的光谱强度和重复性。
65.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术的优选实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施例进行详细说明。
66.图1为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的示意图。图2为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的局部结构示意图。图3为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的图2的侧视图。图4为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的图3的a-a剖面图。图5为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的磁场调节器与样品夹持机构的组装图。图6为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的样品夹持机构的结构示意图。
67.参照图1至图6所示，本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统，包括壳体100、激光器200、光谱检测器300、图像采集器400和等离子体能量增加器500，等离子体能量增加器500安装于壳体100，壳体100内部具有容纳腔110，壳体100具有多个朝向不同的壳壁，壳壁上开设有连通外部与容纳腔110的通孔120，至少一个壳壁上的通孔120为样品输送口，激光器200、光谱检测器300和图像采集器400分别安装于不同的壳壁的通孔120处。
68.本技术提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统，包括具有容纳腔110的壳体100、激光器200、光谱检测器300、图像采集器400和等离子体能量增加器500，壳体100具有多个朝向不同的壳壁，壳壁上开设有连通外部与容纳腔110的通孔120，至少一个壳壁上的通孔120为样品输送口，并通过样品输送口将样品输送至容纳腔110中，激光器200、图像采集器400和光谱检测器300分别安装于不同的壳壁的通孔120处，并分别用于在样品表面生成等离子体、采集等离子体的图像和检测等离子体的光谱，通过在壳体100上增设等离子体能量增加器500，可以增加等离子体的能量，进而增强等离子体的光谱强度和重复性。
69.需要说明的是，本技术的增强等离子体光谱强度和重复性的系统在使用时，将待测样品通过壳体100上的样品输送口输送至容纳腔110中，通过激光器200向样品表面发射脉冲激光并形成等离子体，通过图像采集器400采集等离子体的火焰图像，通过光谱检测器300检测等离子体的光谱，通过对等离子体的火焰图像和光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。其中，为了对火焰图像的进行更加全面准确的分析，图像采集器400可以包括第一图像采集器410和第二图像采集器420，第一图像采集器410与待测样品的激发表面相对，用于拍摄等离子体正面的火焰图像，第二图像采集器420与待测样品的侧面相对，用于拍摄等离子体侧面的火焰图像。示例性的，第一图像采集器410和第二图像采集器420可以为摄像机、录像机等具有拍照功能的设备，本实施例在此不加以限制。
70.激光器200的脉冲激光到达容纳腔110中的待测样品后，使光斑附近的样品受热、汽化并形成等离子体，等离子体中的粒子吸收能量发生跃迁产生辐射光，然后等离子体逐渐冷却，等离子体仅存在于高能状态下，因此寿命极短。由于单脉冲激发的输入能量较低，使得形成等离子体的能量较低，等离子体的粒子受激产生辐射光与随机碰撞的比例较低，导致等离子体的光谱强度和重复性较差。增加等离子体的能量可以使等离子体中有更多的粒子吸收能量发生跃迁产生辐射光，进而增强等离子体的光谱强度；增加等离子体的能量还可以提高产生辐射光与随机碰撞的粒子的比例，降低等离子体的光谱波动，进而增强等离子体的光谱重复性。其中，增加等离子体的能量在本技术中可以视为增加等离子体的温度，在后文中不在赘述。
71.作为一种可以实现的实施方式，还包括样品夹持机构600，样品夹持机构600包括操作件610、夹持连接件620和样品夹持件630，样品夹持件630用于夹持待测样品，样品夹持件630位于容纳腔110中，操作件610位于容纳腔110外，夹持连接件620的第一端与样品夹持件630连接，夹持连接件620的第二端穿过样品输送口并与操作件610连接。
72.需要说明的是，通过样品夹持机构600对位于容纳腔110内的待测样品进行夹持，可以使待测样品在容纳腔110中具有确定的工作位置。当待测样品受到脉冲激光激发时，有利于提高待测样品表面等离子体的生成速度和均匀性。当采集等离子体的火焰图像时，有利于避免因待测样品的位置不定而发生图像失真。当采集和检测等离子体的光谱时，有利
于获取较为稳定的光谱，可以使得待测样品的物质成分及含量的检测更加准确性。
73.具体的，样品夹持机构600包括操作件610、夹持连接件620和样品夹持件630，其中，样品夹持件630位于容纳腔110中且用于夹持待测样品，操作件610位于容纳腔110外且用于改变待测样品与壳体100的相对位置，夹持连接件620的一端与样品夹持件630连接，另一端与操作件610连接，旋转操作件610即可带动夹持连接件620夹持待测样品实现同步旋转，进而改变待测样品在容纳腔110内的安装角度。
74.作为一种可以实现的实施方式，等离子体能量增加器500包括磁场调节器510，磁场调节器510安装在壳体100的容纳腔110中，磁场调节器510包括磁体安装件511、两个磁体512、两个调节件513和两个磁体夹持件514，两个磁体夹持件514分别位于磁体安装件511的相对两侧，两个磁体512分别夹持在两个磁体夹持件514中，两个调节件513分别靠近两个磁体夹持件514设置，用于调整两个磁体夹持件514之间的间距，两个磁体512分别位于样品夹持件630的相对两侧。
75.需要说明的是，等离子体能量增加器500包括磁场调节器510，通过设置的磁场调节器510增加等离子体的能量，通过将磁场调节器510安装在壳体100的容纳腔110中，可以在等离子体的两侧产生磁场，进而使等离子体位于磁场中。激光器200向样品表面发射脉冲激光使样品的局部(光斑区域)受热、汽化并形成等离子体，由于等离子体中的带电离子在磁场中受到洛伦兹力的作用作回旋运动，进而限制了等离子体的扩散，在系统注入激光能量不变的情况下，减小了气体体积，提高了等离子体获得的能量，可以使等离子体中有更多的粒子吸收能量发生跃迁产生辐射光，进而增强等离子体的光谱强度；还可以提高产生辐射光与随机碰撞的粒子的比例，降低等离子体的光谱波动，进而增强等离子体的光谱重复性。在本技术实施例中将磁场调节器510增加等离子体能量的方法定义为静磁场约束法。
76.具体的，磁场调节器510包括磁体安装件511、两个磁体512、两个调节件513和两个磁体夹持件514，两个磁体夹持件514分别安装在磁体安装件511的相对两侧，每个磁体夹持件514夹持一个磁体512，两个调节件513分别靠近两个磁体夹持件514设置，用于调整两个磁体夹持件514之间的间距，进而改变磁场强度的大小。通过将两个磁体512分别设置于样品夹持件630的相对两侧，可以将磁场作用于待测样品表面生成的等离子体上，以增加等离子体的能量，通过减小两个磁体512之间的距离，可以增大作用于等离子体上的磁场强度，进而增加等离子体的能量。示例性的，磁场可以为匀强磁场，两个磁体为极性相反的磁铁。
77.其中，磁场调节器510还包括安装座515，磁体安装件511安装在安装座515上，安装座515安装在壳体100上。在一种可能的实现方式中，调节件513可以为螺杆，在磁体安装件511上开设有螺纹孔，螺杆的第一端与磁体夹持件514转动连接，螺杆的第二端穿过螺纹孔并与磁体安装件511螺纹连接，螺杆的第一端与螺杆的第二端为相对设置的两端，通过转动螺杆实现磁场强度的调节。在另一种可能的实现方式中，调节件513还可以为伸缩杆，伸缩杆包括固定部和活动部，磁体安装件511上开设有安装孔，伸缩杆的固定部固定连接在安装孔内，伸缩杆的活动部与磁体安装件511连接，通过固定部与活动部的相对伸缩运动实现磁场强度的调节。
78.作为一种可以实现的实施方式，等离子体能量增加器500包括辅助激光器520，辅助激光器520安装在壳壁的通孔120处，辅助激光器520的激光出射时间滞后于激光器200的激光出射时间。
79.需要说明的是，等离子体能量增加器500包括辅助激光器520，通过设置的辅助激光器520增加等离子体的能量，通过将辅助激光器520安装在壳壁的通孔120处，便于向等离子体发射第二束脉冲激光。辅助激光器520的激光出射时间滞后于激光器200的激光出射时间。激光器200向样品表面发射第一束脉冲激光使样品受热、汽化并形成等离子体，在等离子体形成过程中，使用辅助激光器520向等离子体发射第二束脉冲激光对等离子体进行二次加热，提高等离子体的能量，延长等离子体的寿命，使等离子体中有更多的粒子吸收能量发生跃迁产生辐射光，进而增强等离子体的光谱强度；同时还可以提高产生辐射光与随机碰撞的粒子的比例，降低等离子体的光谱波动，进而增强等离子体的光谱重复性。
80.在本技术实施例中将辅助激光器520增加等离子体温度的方法定义为双脉冲激发法。双脉冲激发法通过激光器200向样品表面发射第一束脉冲激光形成等离子体，并在形成等离子体的过程中通过辅助激光器520向等离子体表面发射第二束脉冲激光，以增加等离子体的能量。
81.作为一种可以实现的实施方式，辅助激光器520与激光器200安装于同一通孔120处，辅助激光器520的激光光路与激光器200的激光光路平行或重合。
82.需要说明的是，通过将辅助激光器520的激光光路与激光器200的激光光路平行或重合设置，有利于两束激光作用于待测样品的同一表面，进而提高等离子体的能量。具体的，辅助激光器520与激光器200可以平行安装且位于同一水平高度，以使辅助激光器520与激光器200的激光光路平行。辅助激光器520与激光器200可以平行安装且位于同一水平高度，并在辅助激光器520与激光器200的激光出射方向设置光耦合装置，利用光耦合装置将激光器520与激光器200的激光光路进行耦合，从而实现激光器520与激光器200的激光光路的重合(同轴)，示例性的，光耦合装置可以包括一个或多个透镜。在本技术实施例中将辅助激光器520与激光器200同轴激发等离子体增加等离子体能量的方法定义为同轴双脉冲激发法。
83.在另一种可能实现的实现方式中，辅助激光器520与激光器200分别安装于不同的通孔120处，辅助激光器520的激光光路与激光器200的激光光路垂直。
84.需要说明的是，通过将辅助激光器520的激光光路与激光器200的激光光路垂直设置，有利于将两束激光作用于待测样品的两个相互垂直的表面，进而提高等离子体的能量。在本技术实施例中将辅助激光器520与激光器200垂直激发等离子体增加等离子体能量的方法定义为垂直双脉冲激发法。
85.作为一种可以实现的实施方式，等离子体能量增加器500包括真空调节器530，真空调节器530安装在壳壁的通孔120处，真空调节器530具有抽气端531，抽气端531与通孔120连通。
86.需要说明的是，等离子体能量增加器500包括真空调节器530，通过设置的真空调节器530增加等离子体的能量，真空调节器530具有与通孔120连通的抽气端531，通过将真空调节器530安装在壳壁的通孔120处，有利于抽取容纳腔110中的气体。在本技术实施例中将真空调节器530增加等离子体能量的方法定义为真空腔降压法。
87.还需要说明的是，用激光加热待测样品时增强等离子体光谱强度和重复性的系统满足以下能量守恒关系：
88.ae
l0
＝ρv(ev cδt)
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(1)
89.式(1)中，e
l0
表示激光注入系统的能量，a表示汽化物质吸收常数，ρ表示汽化物质密度，v表示汽化物质体积，ev表示汽化焓，c表示汽化物质比热容，δt表示汽化温度与室温差。激光加热使待测样品处于光斑周围的物质汽化，气体膨胀，同时温度升高。其中，汽化物质即为等离子体。
90.等离子体的受热激发过程会推动周围空气，形成高密度空气层，并吸收后续激光能量，造成等离子体吸收利用的能量减少，通过真空调节器530抽取容纳腔110中的气体，可以减小空气层对系统输入能量的消耗，提高等离子体的能量，进而增强等离子体的光谱强度和重复性。但是，根据式(1)，通过真空调节器530抽取容纳腔110中的气体，使得容纳腔110中的气体压力降低，反而会使得等离子体的蒸汽扩散体积增加，进而又降低等离子体温度(能量)，此消彼长。实验发现：随着容纳腔110内气体的不断减少，容纳腔110内的气压逐渐减小，但等离子体的能量先逐渐升高后逐渐降低，因此，系统使用真空腔降压法并不是真空度越高对等离子体的增强效果越好。
91.作为一种可以实现的实施方式，还包括发光器800，发光器800的发光端朝向壳壁上的一个通孔120。
92.需要说明的是，通过设置发光器800，并使发光器800的发光端朝向壳壁上的一个通孔120，可以用于对待测样品进行定位。在一种可能的实现方式中，发光器800可以为激光笔，激光笔可以发出红光，将激光笔的出射光线朝向壳体100的中轴线且与待测样品的中心位于同一水平高度。待测样品送入容纳腔110的过程中，若红光在待测样品的中心形成光斑时，则说明待测样品安装到位，若红光未在待测样品上形成光斑或光斑不在待测样品的中心，说明待测样品未安装到位，此时需要调节待测样品的位置，直至待测样品安装到位。
93.在一种可能的实现方式中，还包括观察窗130，观察窗130设置于壳壁上的另一个通孔120。
94.需要说明的是，通过设置观察窗130，并将观察窗130设置于壳壁上的通孔120内，可以通过观察窗130观察待测样品是否顺利放入容纳腔110内，还可以通过观察窗130观察待测样品是否夹持在工作位置，进而保证激光器200发出的脉冲激光能够在待测样品表面激发并形成等离子体。
95.作为一种可以实现的实施方式，还包括气体调节器900，气体调节器900包括多通阀和多个气室，多通阀具有多个进气口和一个出气口，多通阀的多个进气口与多个气室一一对应地连通，多通阀的出气口与壳壁上的一个通孔120连通。
96.需要说明的是，通过在壳体100上连接气体调节器900，可以改变容纳腔110中的气体组分。当对含有n、s、c等易受空气影响的元素的待测样品进行检测时，为保证检测精度需要将待测样品置于真空环境中进行检测，以避免空气中的元素影响检测结果的准确性。由于真空腔降压法并不是真空度越高对等离子体的增强效果越好，因此对含有的n、s、c等元素的待测样品进行检测时，应将容纳腔110中的空气更换为惰性气体或不含检测元素的气体，以使容纳腔110处于等离子体增强效果最佳的真空度，进而更大限度地增强等离子体的光谱强度和重复性。
97.具体的，气体调节器900可以包括多通阀和多个气室，每个气室中可以存放不同的气体，多通阀具有多个进气口和一个出气口，多个进气口与多个气室一一对应地连通，出气口与壳壁上的一个通孔120连通，气室中的气体可以通过多通阀进入容纳腔110中。在一种
可能的实现方式中，多通阀的所有进气口和出气口均可以改变启闭状态以及开度大小，进而可以实现对进入容纳腔110内的气体种类以及不同气体的配比进行控制。
98.作为一种可以实现的实施方式，还包括驱动机构700，驱动机构700包括三坐标轴移动工作台710和固定夹持件720，固定夹持件720连接在三坐标轴移动工作台710的运动输出端，样品夹持机构600还包括伸缩组件，伸缩组件包括依次连接的第一安装件640、柔性件650和第二安装件660，第一安装件640与壳壁连接，第二安装件660分别与固定夹持件720和操作件610连接。
99.需要说明的是，参照图2所示，建立右手笛卡尔直角坐标系，设置的驱动机构700包括三坐标轴移动工作台710和固定夹持件720，固定夹持件720连接在三坐标轴移动工作台710的运动输出端，三坐标轴移动工作台710包括导轨714、第一方向调节件711、第二方向调节件712和第三方向调节件713，第一方向调节件711安装在导轨714的运动输出端，第三方向调节件713安装在第一方向调节件711的运动输出端，第二方向调节件712安装在第三方向调节件713的运动输出端。
100.其中，转动第一方向调节件711可以驱动固定夹持件720沿x轴方向移动，转动第二方向调节件712可以驱动固定夹持件720沿y轴方向移动，转动第三方向调节件713可以驱动固定夹持件720沿z轴方向移动，z轴方向为样品的进给方向。示例性的，第一方向调节件711、第二方向调节件712、第三方向调节件713可以为千分尺，并可以通过电动控制和/或手动控制。参照图3所示，在一种可能的实现方式中，三坐标轴移动工作台710还可以包括第一方向微调件715和第二方向微调件716，示例性的，第一方向微调件715和第二方向微调件716可以为千分尺。当三坐标轴移动工作台710同时包括方向调节件和方向微调件时，可以将方向调节件通过电动控制，用于固定夹持件720的快速运动，方向微调件通过手动控制，用于固定夹持件720位置的精确调节。导轨714上设置有刻度尺，可以显示固定夹持件720的进给距离，还可以反映待测样品是否到达工作位置。
101.具体的，样品夹持机构600还包括伸缩组件，伸缩组件内部具有封闭腔，且封闭腔与容纳腔110连通，伸缩组件包括依次连接的第一安装件640、柔性件650和第二安装件660，第一安装件640与壳壁连接，用于与壳体100安装固定，第二安装件660与固定夹持件720可拆卸地固定连接，通过固定夹持件720的运动带动第二安装件660同步运动，第二安装件660与操作件610转动连接，通过转动操作件610实现第二安装件660绕z轴转动。示例性的，第一安装件640可以为法兰盘，柔性件650可以为真空波纹管，第二安装件660可以为一端封堵的空心管。操作件610可以为手动转盘，还可以为电动转盘。
102.作为一种可以实现的实施方式，壳体100包括端盖140、罩体150和底座160，罩体150设置在底座160上，端盖140盖合在罩体150上，罩体150为空心结构，罩体150的外壁面为八棱柱，罩体150的内壁面为圆柱面，端盖140、罩体150和底座160围成容纳腔110。
103.具体的，在端盖140上设置有连通容纳腔110与外部的过孔141，在端盖140的顶部设置有顶盖170，顶盖170盖合在端盖140的过孔141处。通过在端盖140上设置可拆卸的顶盖170，便于对位于容纳腔110内的磁场调节器510进行调节，进而改变磁场的强度。在罩体150的八棱柱外壁面的每个壁面上至少设置有一个连通容纳腔110与外部的通孔120。
104.在一种可能的实现方式中，参照图1所示，罩体150上沿顺时针分布的通孔120内分别连接有样品夹持机构600、观察窗130、第二图像采集器420、光谱检测器300、激光器200和
第一图像采集器410、真空调节器530和发光器800、辅助激光器520、气体调节器900。其中，激光器200和第一图像采集器410位于罩体150的同一壁面，真空调节器530和发光器800位于罩体150的同一壁面。
105.在另一种可能的实现方式中，参照图2和图3所示，激光器200、光谱检测器300、第一图像采集器410、第二图像采集器420、辅助激光器520和发光器800还可以不与罩体150上的通孔120连接，而是设置于罩体150的外部并与罩体150具有一定间距，但是需要朝向通孔120，此时为保证容纳腔的封闭性和通孔120的透光性，可以在通孔120内设置透光罩180或透光法兰190，进而实现激光器200可以将脉冲激光发射至容纳腔110中的待测样品表面，光谱检测器300可以采集和检测等离子体的光谱，第一图像采集器410可以采集等离子体火焰的正面形貌，第二图像采集器420可以采集等离子体火焰的侧面形貌、辅助激光器520可以在等离子体形成过程中对其二次加热，发光器800可以发出指示红光用于对待测样品进行定位。
106.图7为本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的使用方法的流程图。
107.参照图7所示，本技术实施例提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的使用方法，应用于上述的增强等离子体光谱强度和重复性的系统中，使用方法包括：
108.s1、将待测样品置于增强等离子体光谱强度和重复性的系统的容纳腔内。
109.需要说明的是，可以通过三坐标轴移动工作台710将待测样品输送至容纳腔110中，并调整待测置于容纳腔110中的工作位置。
110.s2、向待测样品表面发射激光并形成等离子体。
111.需要说明的是，可以通过激光器200向待测样品表面发射脉冲激光使样品受热、汽化并形成等离子体。具体的，向待测样品表面的中心发射脉冲激光形成等离子体，如此生产生的等离子体更加有利于图像和光谱的采集与分析。
112.s3、采用等离子体能量增加器增加等离子体的能量。
113.需要说明的是，等离子体能量增加器增加等离子体的能量的方法可以包括双脉冲激发法、静磁场约束法和真空腔降压法中的一种或多种。针对不同检测目标(例如样品中不同元素的检测)，可以采用不同的等离子体能量增强方法，即采用双脉冲激发法、静磁场约束法和真空腔降压法中的一种使用或多种组合使用，以达到最佳的等离子体能量增强效果，并非是采用的增强方法越多，等离子体能量的增强效果越好。
114.s4、获取等离子体的图像，并确定等离子体的光谱。
115.需要说明的是，通过图像采集器400采集等离子体的图像，可以分别采集双脉冲激发法、静磁场约束法和真空腔降压法中的一种或多种组合时，等离子体的火焰的形貌特征(例如体积、亮度等)，并对其进行对比分析。通过光谱检测器300采集和检测等离子体的光谱，可以分别采集双脉冲激发法、静磁场约束法和真空腔降压法中的一种或多种组合时，光谱的谱线强度和波动，并对其进行对比分析。
116.本技术提供的增强等离子体光谱强度和重复性的系统的使用方法，包括将待测样品置于增强等离子体光谱强度和重复性的系统的容纳腔110内，向待测样品表面发射激光并形成等离子体，采用等离子体能量增加器500增加等离子体的能量，获取等离子体的图像，并确定等离子体的光谱，其中，通过等离子体能量增加器500增加等离子体的能量，可以
使等离子体中有更多的粒子吸收能量发生跃迁产生辐射光，进而增强等离子体的光谱强度；增加等离子体的能量还可以提高产生辐射光与随机碰撞的粒子的比例，降低等离子体的光谱波动，进而增强等离子体的光谱重复性。
117.本技术通过单脉冲激发法，双脉冲激发法，静磁场约束法，真空腔降压法、双脉冲激发法和静磁场约束法联用，双脉冲激发法和静磁场约束法联用，共5种等离子体能量增加方法分别对土壤样品的光谱强度和重复性进行实验，实验结果如表1所示。
118.表1 5种等离子体能量增加方法下的特征谱线强度均值及相对标准偏差
[0119][0120]
表1中，pb 405.78nm、fe 406.33nm、v 413.19nm分别表示样品中的三种元素以及该元素特征谱线的波长。sp表示单脉冲激发法，dp表示双脉冲激发法，mag表示静磁场约束法，vac-dp-mag表示真空腔降压法、双脉冲激发法和静磁场约束法联合方法，dp-mag表示双脉冲激发法和静磁场约束法联合方法，avg表示特征谱线的谱线强度均值，rsd表示相对标准偏差，是谱线强度标准差和谱线强度均值的比例，用于反映光谱的波动性，rsd越大，光谱的波动性越大，光谱的重复性越低；反之，rsd越小，光谱的波动性越小，光谱的重复性越高。
[0121]
由表1可知：使用dp-mag相比于使用sp，土壤中pb元素avg增强3.17倍，且与其他四种方式相比，光谱强度的增强效果最为显著，土壤中pb元素rsd从22.3％下降到17.09％，且与其他四种方式相比，光谱的波动性最小，即光谱的重复性的增强效果最为显著。
[0122]
使用mag相比于使用sp，土壤中fe元素avg增强1.48倍，且与其他四种方式相比，光谱强度的增强效果最为显著，土壤中fe元素rsd从18.03％下降到5.57％，且与其他四种方式相比，光谱的波动性最小，即光谱的重复性的增强效果最为显著。
[0123]
使用vac-dp-mag相比于使用sp，土壤中v元素avg增强3.71倍，且与其他四种方式相比，光谱强度的增强效果最为显著，土壤中v元素rsd从23.6％下降到2.25％，且与其他四种方式相比，光谱的波动性最小，即光谱的重复性的增强效果最为显著。
[0124]
可见，针对不同检测目标(例如样品中不同元素的检测)，应采用不同的等离子体光谱强度和重复性的增强方法，即采用双脉冲激发法、静磁场约束法和真空腔降压法中的一种使用或多种组合使用，以使等离子体光谱强度和重复性起到最佳的增强效果，并非是采用的增强方法越多，等离子体光谱强度和重复性的增强效果越好。
[0125]
在本技术实施例的描述中，需要理解的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以使固定连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非是另有精确具体地规定。
[0126]
本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0127]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。