Устройство для спектрохимических исследований

 

ОП ИСАНИЖ;. ИЗОБРЕТЕН ИЯ

l.. 4г8 55

Союз Соввтекнх

Соцналнстнмвооа

Рвсяублнк

К A8TOPCNOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 12.04.77 (21) 2468610/25 (23) Приоритет - (32) 2g.04.76 (5т) М. Кл.

6 01 3 3/42

Гасудврствеииый комитет

Саввта Миииетраа СССР ав делам изобретений и открытий (31)WРЯОФ) /192586 (33т ГДР (43) Опублнковано25.1078.Бюллетень Ме 39 (53) УДК 621.351 (088.8) (45) Дата опубликования описания 31.08.78 (72} Автор изобретения

Иностранец

Йоахим Мор (ГДР ) (7l) заявитель (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ CIIEKTPOXHMHЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к устройствам о для спектрохимических т.сследований, в частности для лазерного микроспектраль» ного анализа. 5

Известны устройства для эмиссионного микроснектрального анализа, в которых отбор микропробы и ее анализ производится раздельнс (1). Это усложняет процес дуру проведения анализа и требует значи- щ телвных затрат времени.

Наиболее близкое к предлагаемому изобретению устройство для спектрохимических исследований, в частности для лазерного 15 микроспектрального анализа, содержит лазерный источник излучения, средств фокусировки излучения на анализируемую ми»шень,средства наблюдения за поверхностью мишени, средства возбуждения паров мише- р ни и спектральный прибор с фокусирующей оптикой ) 2).

Известное -устройство отличается сложностью конструкций средств возбуждения ,паров анализируемой мишени. 25

Бель изобретения — упрошение конструкции при сохранении эффективности возбуждения паров мишени.

Для этого средства возбуждения содержат, по крайней мере, одну дополнительную мишень, а также средства для гене рирования 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 прозрачной 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 окон; средство для генерирования дополнительного свет ового пучка содержит самостоятельный лазерный источник излучения; дополнительная мишень

629455 выполнена в виде плоскопараллельной пластины из светопроницаемого материал и расположена между средствами фокусировки излучения и анализируемой мишенью, причем средства фокусировки включают в себя бифокальный зеркально-линзовый объектив, соответствующие фокальные поверхности которого расположены вблизи обращенных одна к другой поверхностей анализируемой и дополнительной мишеней. 10

На фиг. lа показано изменение по времени импульса, служащего для возбуждения (накачки) лазера (интенсивность J лампы-вспышки, время t светового импульсай 4 1 мкс); на фиг. lб - из- 4S менение серии лазерных импульсов по времени, полученных при помощи вспышек согласно фиг. 1а (интенсивность лазерного света J, время t,ht 10 с ); на

В фиг. lв — изменение вызванного импуль- 20 сом лазера излучения микроплазмы (интенсивность Ю излучения микроплазмы, время t, àt 100 нс, и слагаемого из интенсивности излучения J «ñnëoøíoé среды в момент начала эмиссии и интенсив- >5 ности излучения 3 линейного спектра; на фиг. 2 дана схема предлагаемого устройства для спектрохимических исследований; на фиг. 3 —. то же, вариант; на фиг. 4то же, с использованием бифокального 30 зеркального объектива для разделения и фокусировки лучей.

Предлагаемое устройство содержит отражатели резонатора лазерного источника в виде призмы 1 и зеркала 2, активную N среду 3Ä модулятор 4 добротности, откло.няющие устройства 5, объектив 6, частично клиновидную пластинку 7, анализируемую 8 и вспомогательную 9 мишени, средства 10 и 11 для фокусировки излучения плазмы на входную щель спектрал1 ного прибора.

В устройстве, изображенном на фиг. 2> пучок лазерных лучей L Исходит из кон45 ца резонатора.; лазера, состоящего из расположенной между полностью отражающей призмой 1 и зеркалом 2 в качестве рефлектора, активной среды 3 и модулятора

4 добротности, изменяет направление при

50 помощи отклоняющего устройства 5 и фо« кусируется через линзовый объектив 6 иа анализируемую мишень 8. Прежде, чем лучи лазера достигнут этой мишени (частичный световой пучок 1., ) частично кли

55 новидная стеклянная пластинка 7 с,углом

g отклоняет. часть лучей (частичный световой пучок L ) на поверхность вспомогательной мишени 9 ° Угол клинас .: 0 5

При попадании лазерных лучей на мишень 8 и вспомогательную мишень 9 вследствие испарения материалов возникают облака плазмы 12 и 13, причем облако плазмы 13 вторгается в облако плаз» мы 12 или окружает ее. Вследствие высокой 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 достижении оптимальных условий для возбуждения плазмы и тем самым высокой чувствительности спектрохимического анализа прежде всего необходимо, чтобы интенсивность обоих частичных пучков лазерных лучей

14 и L <, служащих целям испарения материала мишени.8 и вспомогательной мишени 9, а также угол в пределах указанного диапазона обладали определенными величинами. Эти величины следует устанавливать для .каждого конкретного иссле дуемого материала на основе предварительных экспериментов. Так, с этой целью можно изменять величины интенсивности света обоих лазерных частичных световых пучков путем перемещения клиновидной стеклянной пластинки 7 в направлении двой; ной стрелки Х и угол Q путем поворота вспомогательной мишени 9 и оптической оси светового пучка, излучения плазмы 12.

И качестве материала для вспомогательной мишени 9 можно применить основной материал мишени 9, соответствующее бу» ферное вещество, углерод с чистым спектром, окись кремния или шелрчные и шелочноземельные галогениды, а также смеси этих материалов.

Проекция излучения облака плазмы 12 на спектральный аппарат (на чертежах не показан) осуществляется с целью спектрального анализа лазерной микроэмиссии при помоши 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

24 излучаются пучки лазерных лучей L и, которые после отражения отклоняющими устройствами 5 и 5 и фокусировки через линзовые объективы 6 и 6 падают иа поверхность мишени 8 и вспомогательной мишени 9. Так как при этом и и угол между осями С -С и С -С обеих оптических систем с линзовыми. 629455 объективами 6 и 6 удовлетворяет условию 90о1 $ L 180, ато 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 анергия их поля и кинетическая энергия расходуются частично в пользу анергии возбуждения и излучения.

В показанном на фиг. 4 устройстве иэ- о лучаемый лазерным источником пучок лучей Q попадает после отклонения в бифокальный зеркально-линзовый объектив

Л

6 и там расщепляется так, что удаленные от оси лучи фокусируются иа поверхности мишени 8, после того как .они прошли перед атим через светопроницаемую вспомогательную мишень 9, а близкие к оси лучи после их прохождения через линзовый

1 объектив 6 фокусируются на нижней, обращенной к мишени 8, стороне вспомогательной мишени 9.

В качестве материала для выполненной в виде плзскопараллельной пластины вспо могательной мишени может быть использован, например, нолистирол или другое достаточно проиицаемое для лучей лазера вещество. В атом устройстве обе плазмы при расширении также вторгаются одна в другую.

Ввиду того, что вспомогательная мишень 9 при каждой лазерной вспышке подвергается разрушению на своей нижней стороне, перед каждой новой лазерной вспыш33 клй ее следует немного смешать в направ» ленин двойной стрелку g . Излучение плазмы с помощью вогнутого зеркала н линзовой системы направляется в плоскость.щели 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 дойолнительной микроплазмы, которая возникает благодаря испарению материала в результате облучения поверхности вспомогательной мишени другим лазерным световым пучком. С места своего возникновения на поверхности вспомогательной мише ни микроплазма в виде взрыва устремляется в облако пара иэ материала пробы мишени. При этом обмен энергией между возбужденным и ке возбужденным материалами обоих облаков пара или плазменных

SS облаков приводит к взаимовлиянию и тем самым к излучению из пара мишени. Если анергия для получения возбуждающей микроплаэмы 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 изм рения. Значительная плотность энергии лазерного излучения вследствие необходимости возбуждать две гйазмы оказывается преимушеством изобретения в отличие от известных методов и устройств, в которых интенсивность лазерного излучения часто ослабляется особенно при исследованиях весьма малых объектов.

Формула изобретения

1. Устройство для снектрохимических исследований, в частности для лазерного микроспектрального анализа, содержащее .лазерный источник излучения, средства фокусировки излучения на анализируемую мишень, средства наблюдения эа поверхностью мишени, средства возбуждения паров мишени и спектральный .прибор с фокусирующей оптикой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, средства возбуждения содержат, по крайней мере, одну дополнительную мишень, а также средство для генерирования и фокусировки дополнительно световых пучков на дополнительные мишеня, причем рабочие поверхности анализируемой и дополнительных мишеней расположены рядом одна с другой.

2. Устройство по и. 1, о т 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 ш е е с я тем, что лазерный источник излучения имеет два противоположно расположенных выходных окна, а средство . для фокусировки дополнительного светово го пучка оптически сопряжено с одним из выходных окон.

4. Устройство по и. 1, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что средство для генерирования дополнительного светового пучка содержит самостоятельный лазерный источник излучения.

5. Устройство по и. 1, о т л и ч а - ю щ е е с я тем, что дополнительная мишень выполнена s виде плоскопараллельной

629455 пластины из светопронипаемого материала и расположена между средствами фок„сировки излучения и анализируемой мишенью г У причем средства фокусировки включают в себа бифокальный зеркальнопинзовый объек-у тив, соответствующие фокальные поверхности которого расположены вблизи обращенных одна к другой поверхностей анализируемой н дополнительной мишеней.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Доклады AH СССР, 192, 2, 1970, с. 181.

2. Менке Г. и Мекке Л. Введение в лазерный эмиссионный микроспектральный анализ. М., Мир", 1968, с, 33.

j) f

Составитель М. Кротов

Редактор Л. Гребенннкова Текред -3, фанта Корректор И. Г исич

Закаэ 6058/37 Тираж 831 Подписное

ЯНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектнаи, 4