一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)同時(shí)定量檢測(cè)皮革中多種重金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及重金屬的檢測(cè)技術(shù)，特別涉及一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)結(jié)合自 由定標(biāo)法同時(shí)、快速定量檢測(cè)皮革中多種重金屬的快速檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 皮革產(chǎn)品是浙江省出口的大宗商品，其產(chǎn)值和出口地位都不言而喻。重金屬對(duì)人 體有著巨大的危害，歐盟、美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)對(duì)皮革重金屬有著嚴(yán)格的要求，按照目前的檢 測(cè)方法進(jìn)行檢測(cè)，每年產(chǎn)生的費(fèi)用巨大，同時(shí)也需要花費(fèi)許多時(shí)間。而在過(guò)去幾年的工作中 我們發(fā)現(xiàn)，鞋類產(chǎn)品檢測(cè)到Pb、Cd、Cr等重金屬的比例并不高，這也就意味著我們花費(fèi)了大 量的費(fèi)用和時(shí)間在一件風(fēng)險(xiǎn)率并不高的事情上。
[0003] 目前人們對(duì)重金屬元素的檢測(cè)方法主要是依賴在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的化學(xué)分析方法和 光譜分析方法，比較常見(jiàn)的檢測(cè)重金屬元素含量的方法包括X射線熒光分析法、原子吸收光 譜法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法等。
[0004] X射線熒光分析方法可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，但其靈敏度較低，且樣品基質(zhì)干擾大，原 子吸收光譜法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜技術(shù)有靈敏、準(zhǔn)確、低水平干擾等特點(diǎn)，但 是設(shè)備相對(duì)昂貴，需要對(duì)測(cè)量樣品進(jìn)行消解處理，操作復(fù)雜費(fèi)時(shí)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)快速測(cè)定。
[0005] 激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技術(shù)是一種 利用高能脈沖激光與材料相互作用產(chǎn)生的等離子發(fā)射光譜進(jìn)行元素分析的新技術(shù)。LIBS這 種光譜技術(shù)與傳統(tǒng)利用相鄰物理器件作為原子化激勵(lì)源的原子發(fā)射光譜技術(shù)相比具有一 系列優(yōu)點(diǎn)，首先可在實(shí)現(xiàn)原位遙測(cè)。LIBS檢測(cè)速度可遠(yuǎn)小于1秒。LIBS另一特點(diǎn)就是樣品不 需要預(yù)處理，樣品形式不限，靈敏度高，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
[0006] 但是由于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)易受環(huán)境因素影響，同時(shí)在定量分析方面與傳統(tǒng) 技術(shù)相比還存在較大的差距，因此激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在輕工產(chǎn)品中重金屬快速檢測(cè)方 法的研究，具有非常重要研究意義和實(shí)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)快速、簡(jiǎn)單、同時(shí)定量的檢 測(cè)皮革中多種重金屬污染物的方法。以解決現(xiàn)有激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)通常只針對(duì)無(wú)機(jī)固 體樣本，而對(duì)有機(jī)樣本很難檢測(cè)的的問(wèn)題。
[0008] 為了解決現(xiàn)有對(duì)皮革中重金屬元素含量檢測(cè)技術(shù)工序復(fù)雜且耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題，本 發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0009] -種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)同時(shí)定量檢測(cè)皮革中多種重金屬的方法，實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)的平臺(tái)包括:激光輸出系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)、光譜收集系統(tǒng)和自動(dòng)化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。其特征 在于:旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，將樣品置于旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，樣品不會(huì)被激光脈沖擊 穿，確保等離子光譜的收集。其次是對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的優(yōu)化分析，我們 可以更加準(zhǔn)確的分析皮革中重金屬的含量。最后是數(shù)據(jù)分處理方法的選擇，自由定標(biāo)法與 內(nèi)定標(biāo)法、傳統(tǒng)強(qiáng)度內(nèi)標(biāo)法和外定標(biāo)法等對(duì)比，該方法最突出的優(yōu)點(diǎn)是不需要采用大量的 標(biāo)準(zhǔn)樣品得到標(biāo)準(zhǔn)曲線，過(guò)程簡(jiǎn)單。在一定程度上克服了基體效應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，在精 確度上有了一定的提高。
[0010] -種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)同時(shí)定量檢測(cè)皮革中多種重金屬的方法:上述激 光輸出系統(tǒng)的激光束通過(guò)聚焦透鏡匯聚于檢測(cè)樣本的表面，對(duì)檢測(cè)樣本的表面物質(zhì)進(jìn)行燒 蝕、氣化、電離，形成激光等離子體。調(diào)節(jié)激光輸出系統(tǒng)，改變激光束的能量，使產(chǎn)生的激光 等離子體中含有元素譜線達(dá)到最強(qiáng)。
[0011] -種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)同時(shí)定量檢測(cè)皮革中多種重金屬的方法:通過(guò)光 譜收集系統(tǒng)獲取激光等離子體光譜信號(hào)，此時(shí)光譜儀是工作在外觸發(fā)模式下，在外觸發(fā)模 式下，光譜儀接收到激光器的TTL信號(hào)作為同步信號(hào)，而積分時(shí)間的延遲是和這個(gè)輸入信號(hào) 同步的。
[0012] -種基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)同時(shí)定量檢測(cè)皮革中多種重金屬的方法:測(cè)量到 光譜數(shù)據(jù)信號(hào)直接被輸入到計(jì)算機(jī)譜線分析軟件包中進(jìn)行分析。
[0013] 本發(fā)明與傳統(tǒng)的皮革檢測(cè)手段有下列優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1.被測(cè)樣品無(wú)需預(yù)處理，可以實(shí)現(xiàn)原位在線檢測(cè)，適用于現(xiàn)場(chǎng)取證任務(wù)。
[0015] 2.數(shù)據(jù)分析速度快，靈敏度高，精度高和重復(fù)性好?？梢酝瓿蓪?shí)時(shí)檢測(cè)任務(wù)。
[0016] 3.激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)可以進(jìn)行多元素同時(shí)分析，不會(huì)遺漏任何金屬元素。對(duì) 樣本形狀、分析環(huán)境等沒(méi)特殊要求。
[0017] 4.適合于復(fù)雜環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)任務(wù)。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1本發(fā)明實(shí)例基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的皮革中重金屬快速、定量的檢測(cè)方 法方法裝置示意圖。
[0019] 圖2旋轉(zhuǎn)樣品臺(tái)。
[0020] 圖3光譜強(qiáng)度隨延遲時(shí)間的變化曲線。
[0021] 圖4光譜強(qiáng)度隨焦深變化
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]本實(shí)施例是基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)檢測(cè)皮革重金屬的方法。如圖1所示，實(shí)驗(yàn) 采用的LIBS系統(tǒng)主要由調(diào)Q脈沖Nd:YAG激光器、樣品臺(tái)、數(shù)字延遲控制器、中階梯光柵光譜 儀、ICCD檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)等部分組成。調(diào)Q脈沖Nd:YAG激光器，采用的工作的激光波長(zhǎng) 1064nm，脈寬為10ns，重復(fù)頻率10Hz，單脈沖激光能量150mJ，激光能量由二分之一波片與激 光格蘭棱鏡組成的能量衰減系統(tǒng)調(diào)節(jié)，激發(fā)光光束直徑5_。
[0024] 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，激光器發(fā)出的1064nm激光脈沖經(jīng)反射鏡反射，然后經(jīng)焦距為175mm的 聚焦透鏡聚焦至樣品表面，光斑直徑約為500M1，樣品表面產(chǎn)生高溫高壓等離子光體，隨之 產(chǎn)生的發(fā)射光譜經(jīng)收集由光纖探頭導(dǎo)入到光譜儀之中，光譜儀是中階梯光譜儀，探測(cè)波長(zhǎng) 范圍為190nm~900nm，光譜解析能力為:λ/Δλ=15000,相對(duì)孔徑為1/10。光譜儀配合ICCD 探測(cè)器將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到計(jì)算機(jī)中，測(cè)量到的數(shù)據(jù)直接被輸入到計(jì)算機(jī)譜線分析軟件包中進(jìn)行 分析。此時(shí)光譜儀是工作在外觸發(fā)模式下，在外觸發(fā)模式下，光譜儀接收到激光器的TTL信 號(hào)作為同步信號(hào)，而積分時(shí)間的延遲是和這個(gè)輸入信號(hào)同步的。通過(guò)PC控制完成整個(gè)LIBS 實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)在常溫常壓條件下開(kāi)展，為精密儀器的保護(hù)和正常使用，空氣相對(duì)濕度<40%。 [0025]實(shí)驗(yàn)中需要對(duì)實(shí)驗(yàn)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。激光誘導(dǎo)等離子體的形成需要激光脈沖能量 超過(guò)一定的閾值。當(dāng)激光脈沖能量超過(guò)閾值時(shí)，譜線強(qiáng)度開(kāi)始隨激光能量線性提