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原文传递一种水体中无机有害微量元素在线检测系统及检测方法

专利名称：	一种水体中无机有害微量元素在线检测系统及检测方法
摘要：	本发明涉及一种水体中无机有害微量元素在线检测系统及检测方法，所述在线检测系统包括激光器、衍射光学元件、全反境、聚焦透镜、微流控制器、微流控执行器、微流控芯片、微液滴基板、耦合透镜、光纤、光谱仪和计算机等。激光器经过衍射光学元件进行光束整形后，通过聚焦透镜作用到由被测水体转化的微液滴上，产生的光谱信号经耦合透镜和光纤传入光谱仪，完成信号采集，再由计算机对被测水体中的无机有害微量元素进行定性和定量分析。本发明通过将LIBS技术与微流控技术相结合，实现了基于LIBS的水体无机有害微量元素的高灵敏度、低检测限、超低浓度的精准在线检测。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	河北大学
发明人：	李红莲;王红宝;梁玉娇;方立德
专利状态：	有效
申请日期：	2023-07-25T00:00:00+0800
发布日期：	2023-11-17T00:00:00+0800
申请号：	CN202310917145.7
公开号：	CN117074389A
代理机构：	石家庄国域专利商标事务所有限公司
代理人：	胡澎
分类号：	G01N21/71;G01N21/01;B01L3/00;G;B;G01;B01;G01N;B01L;G01N21;B01L3;G01N21/71;G01N21/01;B01L3/00
申请人地址：	071002 河北省保定市五四东路180号
主权项：	1.一种水体中无机有害微量元素在线检测系统，其特征是，包括：激光器，用于发射激光束；衍射光学元件，设置在激光器的激光发射光路上，用于对激光器发射的激光束进行光束整形；全反镜，设置在衍射光学元件之后的激光光路上，用于将经光束整形后的激光束反射到微液滴基板上；聚焦透镜，设置在激光反射光路上，用于将反射的激光束聚焦到微液滴基板上的微凹坑中，以烧蚀微凹坑中的微液滴，产生等离子体；微流控制器，与微流执行器相接，用于控制微流控执行器的工作；微流控执行器，分别与微流控制器和微流控芯片相接，用于在微流控制器的控制下将被测水体与挥发性的矿物质油混合后注入微流控芯片；微流控芯片，与微流控执行器相接，在其输出端口连接有出样管；所述微流控芯片用以产生并输出高分散、同等体积的油包水微液滴；微液滴基板，沿板面长向等间距地分布有若干承接油包水微液滴用的微凹坑；所述微液滴基板位于聚焦透镜的焦平面上，当其板面上的微凹坑逐一经过聚焦透镜的焦点位时，供聚焦的激光束对油脂挥发后的微液滴进行烧蚀；光纤，其一端对着微液滴基板的板面，另一端连接光谱仪，用于将激光烧蚀微液滴所产生的等离子体的光谱信号传输到光谱仪；光谱仪，其信号输入端连接光纤，其信号输出端通过数据线连接计算机，用于将输入的等离子体光谱信号转变为电信号输送到计算机中；以及计算机，内置有光谱分析软件，用于对由等离子体光谱信号转变的电信号进行数据分析，以得出微液滴中所含微量元素的检测结果，包括被测水体中所含无机有害微量元素的检测结果。 2.根据权利要求1所述的水体中无机有害微量元素在线检测系统，其特征是，还包括：光纤支架，用于固定光纤，使光纤端部对准微液滴基板上的等离子体发生部位；以及耦合透镜，设置在光纤支架上，并与光纤的端部相接，用于耦合等离子体的光谱信号。 3.根据权利要求1所述的水体中无机有害微量元素在线检测系统，其特征是，还包括：输送带，用于承接微液滴基板，并采用步进方式使微液滴基板上的微凹坑逐一通过聚焦透镜的焦点。 4.根据权利要求1所述水体中无机有害微量元素在线检测系统，其特征是，微液滴基板上的微凹坑的坑口直径为1mm，平口状态下的容积为0.5μL。 5.根据权利要求4所述水体中无机有害微量元素在线检测系统，其特征是，激光经反射和聚焦后到达微凹坑的光斑直径为0.3mm。 6.一种水体中无机有害微量元素在线检测方法，其特征是，包括以下步骤： S1、设置权利要求1~5任一权利要求所述的水体中无机有害微量元素在线检测系统； S2、将被测水体和挥发性的矿物质油分别装入微流控执行器，通过微流控制器调控微流控执行器，使微流控执行器中的被测水体与挥发性的矿物质油一同进入微流控芯片进行混合，在微流控芯片中产生高分散、同等体积的油包水微液滴，并通过出样管逐一射出； S3、微液滴基板在输送带的带动下，以步进方式前行，每前进一步，微液滴基板上的一个后位微凹坑即到达前位微凹坑所在的位置，自出样管同频射出的油包水微液滴顺次落入微液滴基板上按序进位的每个微凹坑中； S4、当微液滴基板上的第一微凹坑运行到聚焦透镜的焦点位时，油包水微液滴上的外包油脂全部挥发完毕，由激光器发出的一束激光经整形、反射和聚焦后正好到达微液滴基板的第一微凹坑，对第一微凹坑中的微液滴进行烧灼，烧灼完成即产生等离子体； S5、耦合透镜对等离子体的光谱信号进行耦合后，由光纤将光谱信号传输给光谱仪，光谱仪将输入的光谱信号转变为电信号并输入计算机，计算机利用内置的光谱分析软件，对由等离子体光谱信号转变的电信号进行数据分析，得出微液滴中所含微量元素的检测结果，包括被测水体中所含无机有害微量元素的检测结果； S6、重复步骤S3~S5，对后续微凹坑中的微液滴进行烧灼、光谱信号采集和数据分析，得出一组用于相互验证的检测结果。 7.根据权利要求6所述水体中无机有害微量元素在线检测方法，其特征是，激光经反射和聚焦后到达微凹坑的光斑直径为0.3mm。 8.根据权利要求7所述水体中无机有害微量元素在线检测方法，其特征是，微液滴基板上的微凹坑的坑口直径为1mm，平口状态下的容积为0.5μL。