(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210165309.0 (22)申请日 2022.02.23 (71)申请人 西北师范大学 地址 730070 甘肃省兰州市安宁区安宁东 路967号 (72)发明人 孙对兄　王亚锐　苏茂根　董晨钟　 陆泉芳　梁西银　张国鼎　李雪蕊　 张一鸣　 (74)专利代理 机构 兰州智和专利代理事务所 (普通合伙) 62201 专利代理师 周立新 (51)Int.Cl. G01N 21/71(2006.01) G01N 21/67(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 LIBS-GD联用检测液体中重金属元素的装置 及方法 (57)摘要 本发明公开了一种LIBS ‑GD联用检测液体中 重金属元素的装置及方法； 装置中LIBS ‑GD实验 仪包括有透光板、 工业平板电脑、 高压电源、 多 通 道光谱仪、 收光系统、 聚焦透镜、 激光头和反射透 镜； 试验箱包括侧壁上有进液口、 排液口和石英 玻璃透镜的容器以及多块带水孔隔板、 阴极和阳 极。 待测液体注入容器， 阴阳极间施加电压， 阳极 产生辉光放电等离子体， 激光脉冲反射和聚焦后 击穿辉光放电等离子体， 激发发出的光聚焦于光 纤接头， 传给多通道光谱仪， 工业平板电脑分析 处理， 完成液体中重金属元素的检测。 该检测方 法避免了LIBS测量液体时的溅射问题， 光谱信号 稳定； 适用于实时在线分析水中重金属污染， 提 高液体中重金属元 素检测灵敏度。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114509426 A 2022.05.17 CN 114509426 A 1.一种LIBS ‑GD联用检测液体 中重金属元素的装置， 其特征在于， 包括相连接的试验箱 （13） 和LIBS ‑GD实验仪； LIBS ‑GD实验仪包括铝合金制成的桶形的外壳 （2） ， 外壳 （2） 的开口 端朝向试验箱 （13） ， 外壳 （2） 的开口端安装有石英制成 的透光板 （26） ； 外壳 （2） 的一个侧壁 上安装有工业平板电脑 （4） ， 外壳 （2） 内安装有激光器电源 （3） 、 高压电源 （5） 、 多通道 光谱仪 （6） 、 保持架 （11） 、 聚焦透镜 （15） 、 第一反射透镜 （20） 、 第二反射镜 （23） 和激光头 （24） ； 激光 头 （24） 通过信号线 （25） 与激光器电源 （3） 相连接， 激光头 （24） 的激光出射口朝向透光板 （26） ， 第二反射镜 （23） 位于激光头 （24） 的激光出射口与透光板 （26） 之间， 第一反射透镜 （20） 将第二反射镜 （23） 反射的激光反射向聚焦透镜 （15） ， 聚焦透镜 （15） 位于第一反射透镜 （20） 和透光板 （26） 之间； 试验箱 （13） 包括石英容器 （28） ， 石英容器 （28） 朝向LIBS ‑GD实验仪的侧壁上设有石英 玻璃透镜 （33） ， 石英容器 （28） 中与设有石英玻璃透镜 （33） 的侧壁相垂直的两个侧壁上分别 设有进液口 （32） 和排液口 （29） ， 石英容器 （28） 内并排设有至少三块隔板 （31） ， 隔板 （31） 上 设有水孔 （30） ； 所有的隔板 （31） 均位于进液口 （32） 所处侧壁与石英玻璃透镜 （33） 之间的石 英容器 （28） 内部的空间内； 石英容器 （28） 上设有排液口 （29） 的侧壁和与该设有排液口 （29） 的侧壁相邻的隔板 （31） 之间的区域内设有阴极 （12） 和阳极 （14） ； 阴极 （12） 和阳极 （14） 分别 通过导线与高压电源 （5） 相连； 保持架 （11） 上设有光纤接头 （10） 和两块收集透镜， 光纤接头 （10） 通过光纤 （9） 与多通 道光谱仪 （6） 相连； 激光器电源 （3） 、 高压电源 （5） 和多通道光谱仪 （6） 均 与工业平板电脑 （4） 相连接 。 2.如权利要求1所述的LIBS ‑GD联用检测液体中重金属元素的装置， 其特征在于， 外壳 （2） 内设有导线管 （8） ， 导线管 （8） 的一端位于外壳 （2） 内， 导线管 （8） 的另一端伸出外壳 （2） 外； 导线管 （8） 伸出外壳 （2） 的一端位于石英容器 （28） 上方， 导线管 （8） 内设有导线组 （7） ， 导 线组 （7） 中一根导线的一端与阳极 （14） 相连， 该一根导线的另一端穿过导线管 （8） 接高压电 源 （5） 的正极极， 导线组 （7） 中另一根导线的一端与阴极 （12） 相连， 该另一根导线的另一端 穿过导线管 （8） 接高压电源 （5） 的负极， 阴极 （12） 和阳极 （14） 均悬挂在导线管 （8） 上。 3.如权利要求2所述的LIBS ‑GD联用检测液体中重金属元素的装置， 其特征在于， 所述 的阴极 （12） 包括石墨棒 （34） ， 石墨棒 （34） 的一端与铜丝 （35） 的一端相连接， 铜丝 （35） 的另 一端接导线组 （7） 中另一根导线的一端； 所述的阳极 （14） 包括石英玻璃管 （36） ， 石英玻璃管 （36） 内固接有两端均伸出石英玻璃管 （36） 外的金属铂丝 （37） ， 金属铂丝 （37） 的一端为尖 端， 金属铂丝 （37） 的另一端与导线组 （7） 中一 根导线的一端相连。 4.如权利要求1所述的LIBS ‑GD联用检测液体中重金属元素的装置， 其特征在于， 所述 的保持架 （11） 包括四根水平设置的金属制成的夹持杆 （38） ， 相邻的两根夹持杆 （38） 通过至 少两套连接件相连接， 该连接件包括两根连杆 （40） ， 两根连杆 （40） 通过连接套 （41） 相连接， 两根连杆 （40） 之间有间隙， 两根连杆 （40） 的另一端均设有套箍 （39） ， 连杆 （40） 与连接套 （41） 螺纹连接， 连杆 （40） 可沿连接套 （41） 轴线往复移动； 沿远离透光板 （26） 的方向、 保持架 （11） 上依次夹持有第一收集透镜 （17） 、 第二收集透镜 （18） 和光纤接头 （10） ， 第一收集透镜 （17） 朝向透光板 （26） ， 光纤接 头 （10） 通过光纤 （9） 与多通道光谱仪 （6） 相连接 。 5.如权利 要求4所述的LIBS ‑GD联用检测液体中重金属元素的检测装置其特征在于， 第 一收集透 镜 （17） 的焦距大于第二收集透 镜 （18） 的焦距。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114509426 A 26.一种用权利要求1所述LIBS ‑GD联用检测液体中重金属元素的检测装置检测液体中 重金属元 素的方法， 其特 征在于， 该检测方法具体按以下步骤进行： 1） 将进液口 （32） 和排液口 （29） 与液体供应系统连通， 启动液体供应系统， 将待测液体 通过进液口 （32） 送入石英容器 （28） 内， 当待测液体从排液口 （29） 流出时， 调整待测液体的 流速， 使待测液体以液滴状态匀速循环 流动， 此时， 阴极 （12） 的下半部 分和阳极 （14） 的下半 部分均浸没在待测液体中； 2） 打开高压电源 （5） ， 在 阴极 （12） 和阳极 （14） 之间施加需要的电压， 阳极 （14） 尖端产生 辉光； 接着打开多通道光谱仪 （6） ， 再打开激光器电源 （3） ， 激光头 （24） 产生激光脉冲， 该激 光脉冲依次经第二反射透镜 （23） 和第一反射透镜 （20） 反射后， 射向聚焦透镜 （15） ， 经聚焦 透镜 （15） 聚焦后的激光脉冲依次穿过透光板 （26） 和 石英玻璃透镜 （33） 射到阳极 （14） 尖端 产生的辉光放电等离子体上， 并击穿该辉光放电等离子体， 使得该辉光放电等离子体进一 步激发发光； 3） 辉光放电等离子体激发发出的光依次穿过石英玻璃透镜 （33） 和透光板 （26） ， 经两块 收集透镜收集聚焦于光纤接头 （10） 上， 再经光纤 （9） 传输给多通道光谱仪 （6） ， 多通道光谱 仪 （6） 对接收到的光进行分析， 最终结果由工业平板电脑 （4） 提取进行处理， 完成液体中重 金属元素的检测。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114509426 A 3