Устройство для спектрохимических исследований Советский патент 1978 года по МПК G01J3/42 

Изобретение относится к устройствам для спектрохимнческих тсслеяованнй, вг частности для лазервого микроспектрал ного анализа. Известны устройства для эмиссионного мидроспектрального анализа, в которых отбор микропробы и ее анализ производятся раздельнс fij, Это усложняет процедуру проведения анализа и требует знач телвных затрат времени. Наиболее близкое к предлагаемому изоб ретению устройство для спектрохимичес- ких исследований в частности для лазерного микроспектрального анализа, содержит лазерный источник излучения, средств фоку сировЕИ излучения на анализируемую м шень, средства наблюдения за поверхностью мишени, средства возбуждения паров мишени и спектральный прибор с фокусирующе оптикой 2. Известное-устройство отличается сложностью конструкций средств вос уждення паров анализируемой . . Цель изобретения - упрощение конструкции при сохранении эффективности возбуждения паров мишени. Для этого средства возбуждения содержат, по крайней мере, одну дополнитель ную мишень, а также средства для генерирования и фокусировки дополнительных световых пучков на дополнительные мишени,-причем рабочие поверхности анализируемой и дополнительных- мишеней расположены рядом одна с другой, средство для генерирования дополнительного светового пучка выполнено, например, в виде проэрачной частично клиновидной пластинки, расположенной между средствами фокусировки и анализируемой мишенью, лазерный источник излучения имеет два противоположно расположенных выходных окна, а средство для фокусировки дополнительного светового пучка оптически сопряжено с одним из выходных OKOHJ средстао для Ieнерирования дополнительного светового пучка содержит самостоятельный лазерный источник излучения; дополнительная мишень выполнена в виде плоскопараллельной пластины из светопроницаемого материала и расположена между средствами фокус;ирОБки излучения и анализируемой мишенью, причем средства фокусировки включают в себя бифокальный зеркально-линзовый объек тив, соответствующие фокальные поверхнос ти которого расположены вблисзи обращенных одна к другой поверхностей-анализиру емой и дополнительной мишеней. На фиг. 1а показано изменение по времени импульса, служащего для возбуждения (накачки) лазера (интенсивность Jg лампы-вспышки, время t светового импульса Д to 1 мкс)} на фиг. 16 - иэменение серии лазерных импульсов по вре мени, полученных при помощи вспышек согласно фиг. 1а (интенсивность лазерного света J , время t .. ); на фиг. 1в - изменение вызванного импуль- сом лазера излучения микроплазмы (интенсивность Jj излучения микроплазмы, время t ,ut{, с 10О НС, и слагаемого из интенсивности излучения J сплошной среды в момент начала эмиссии и интенсивности излучения J линейного спектра; на фиг. 2 дана схема предлагаемого устройства для спектрохимических исследований; на фиг. 3 - то же, вариант; на фиг. 4 - то же, с использованием бифокального зеркального объектива для разделения и фокусировки лучей. Предлагаемое устройство содержит от ражатели резонатора лазерного источника в виде призмы 1 и зеркала 2, активную 3, модулятор 4 добротности, отклоняющие устройства 5, объектив 6, частично клиновидную пластинку, анализируемую 8 и вспомогательную 9 мишени. средства Ю и 11 для фокусировки излучения плазмы на входную щель спектраль ного прибора. В устройстве, изображенном на фиг. 2, пучок лазерных лучей L исходит из конца резонатора; лазера, состоящего из расположенной между полностью отражающей пр1змой 1 и зеркалом 2 в качестве ре(}ьлектора, активной среды 3 и модулятора 4 добротности, изма1яет направление при помощи отклоняющего устройства 5 и фокусируется через линзовый объектив 6 на анализируемую мишень 8. Прежде, чем лучи лазера достигнут этой мишени (частичный световой пучок L, ) частично кли новидная стеклянная пластинка 7 с, с отклоняет часть лучей (частичный све товой пучок Lg ) на поверхность вспомогательной мишени 9. Угол кпкпас : 02.45 При попадании лазерных лучей на миень 8 и вспомогательную мишень 9 следствие испарения материалов возникат облака плазмы 12 и 13, причем об-; ако плазмы 13 вторгается в облако плазы 12 или окружает ее. Вследствие выокой скорости распространения плазмы 10 м/сек) происходит обмен .энергией между обеими плазмами, который приводит к дальнейшему возбуждению облака плазмы 12 и тем самым к отдаче энергии излучения с характерным для материала мишени спектром. Для достижения оптимальных условий для возбуждения плазмы и тем самым высокой чувствительности спектрохимнческого анализа прежде всего необходимо, чтобы интенсивность обоих частичных пучков лазерных лучей bf и Lj: , служащих целям испарения материала мишени .8 и вспомогательной мищени 9, а также угол в пределах указанного диапазона обладали определенными величинами. Зти величины следует устанавливать для .каждого конкретного иссл дуемого материала на основе предварительных экспериментов. Так, с этой целью можно изменять величины интенсивности света обоих лазерных частичных световых пучков путем перемещения кливовидной стеклянной пластинки 7 в направлении двой;ной стрелки X и угол В путем поворота вспомогательной мишени 9 и оптической оси светового пучка L излучения плазмы 12. В качестве материала для вспомогательной мишени 9 можно применить основной материал мишени 9, соответствующее буферное вещество, углерод с чистым спектром, окись кремния или щелочные и щелочноземельные талогениды, а также смоси этих материалов. Проекция излучения облака плазмы 12 на спектральный аппарат (на чертежах не показан) осуществляется с целью спектрального анализа лазерной микроэмиссин при помощи средств 11 фокусировки. В устройстве, изображенном на фиг. 3, в обоих направлениях от оси С-С резонатора лазера в соответствии с различной отражательной способностью зеркал 2 и 2 излучаются пучки лазерных лучей L и L , которые после отражения отклоняющими устройствами 5 и 5 и фокусировки через линзовые объективы 6 и 6 падают на поверхность мищени 8 и вспомогательной мишени 9. Так как при этом угол между осями С-С и С -С , обеих оптических систем с линзовыми объективами 6 и 6 удовлетворяет условию .&0°, это устройство в отличие от устройства на фиг. 2 имеет преимущество, заключающееся в том, что обе лазерные плазмы 12 и 13, расширяясь, устремляются одна в другую; при этом энергия их поля и кинетическая энергия расходуются частично в пользу энергии возбуждения и излучения. В показанном на фиг. 4 устройстве ио лучаемый лазерным источником пучок лучей L попадает после отклонения в бифокальный зеркально-линзовый объектив 6 и там расщепляется так, что удаленные от оси лучи фокусируются на поверхнсх;ти мищени 8, после того- как .они прошли этим через светопроницаемую вспомогательную мишень 9, а близкие к оси лучи после их прохождения через линзовый объектив 6 фокусируются на нижней, об- ращенной к мишени д, стороне вспомогательной мищени 9. В качестве материала для выполненной в виде плх:копараллельной пластины вспо могательной мищени может быть использован, например, полистирол или другое достаточно проницаемое для лучей лазера вещество. В этом устройстве обе плазмы при расширении также вторгаются одна в другую. Ввиду того, что вспомогательная мищень 9 при каждой лазерной вспышке подвергается разрущению на своей нижней стороне, перед каждой новой лазерной вспыш клй ее следует немного смещать в напрев Ленин двойной стрелку; V Излучение пла мы с помощью вогнутого зеркала и линзовой системы направляется в плоскость щ& ли или оптики спектрографа (на чертеже не показан). . Таким образом, предлагаемое устройство отличается от известных конструкций и тем, что возбуждение испаренного материала мишени осуществляется при помощи дополнительной микроплазмы, которая во ннкает благодаря испарению материала в результате облучения поверхности вспомогательной мишени другим лазерным световым пучком. С места своего возникновения на поверхности вспомогательной мише- ни микроплазма в вид« взрыва усТ-ремляется в облако пара из материала пробы мишени. При этом обмен энергией между возбужденным и не возбужденным матери- алами обоих облаков пара или плазменных облаков приводит к взаимовлиянию и тем самым к излучению из пара ,мищени. Если энергия для получения возбуждающей микроплазмы и микроплазмы мишени исходит из одного и того же лазерного источника света, то. можно достичь наряду с точной синхронизацией по времени моментов образования обеих плазм также улучшенной воспроизводимости результатов изморення. Значительная плотность энергии лазерного излучения вследствие необходимости возбуждать две плазмы оказывается преимуществом изобретения в отличие отизвестных методов к устройств, в которых интенсивность лазерного излучения часто ослабляется особенно при исследованиях весьма малых объектов. Форму, ла изобретения 1. Устройство для спектрохимических исследований, а частности для лазерного микроспектрального анализа, содержащее лазерный излучения, средства фокусировки излучения на анализируемую ми шень, средства наблюдения за поверхностью мишени, средства возбуждения паров мишени и спектральный .прибор с фокусн ру- ющей оптикой, отличающееся тем, что,- с целью упрощения конструкции, средства возбуждения содержат, по крайней мере, -одну дополнительную мишень, а также средство для генерирования н фокусировки дополнительных световых пучков на дополнительные мишен/i, причем рабочие поверхности анализнруемой и дополнительных мишеней расположены рядом одна с другой. 2. Устройство по п. 1, о г л и ч а - ю щ е е с я тем, что средство для генерирования дополнительного пучка выполнено в виде прозрачной частично клиновидной пластинки, расположенной между средствами фокусировки и анализируемой мишенью. 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что лазерный источник излучения имеет два противоположно расположенных выходных окна, а средство ля фокусировки дополнительного световоо пучка оптически сопряжено с одним из ыходных окон. 4.Устройство по п. 1, о т л и ч а щ е е с я тем, что средство для генеирования дополнительногосветового пуча содержит самостоятельный лазерный сточник излучения. 5.Устройство по п. 1, о т л и ч а - щ е е с я тем, что дополнительная миень выполнена в виде плоскопараллельной пластины из светопр оницаемого материала и расположена между средствами фок- сировкя излучения и анализкрэпэмой мишенью причем средства 4юкусировки включают в себя бифокальный зеркально-линзовый объектив,. соответствующие фокальные поверхности которого расположены вблизи обращенных одна к другой поверхностей анализируемой и дополнительной мишеней. 62 58 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1.Доклады АН СССР, 192, 2, 197О, с. 181. 2.Менке Г.и Менке Л. Введение в лазерный эмиссионный микроспектральный анализ. М., Мир, 1968, с, 33.

rf

(