本发明属于光谱检测领域，具体涉及一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置及方法。
背景技术：
吸收光谱法具有高灵敏度，微秒量级的响应时间，无毒并且来自除被研究物质以外的分子物质干扰有限的优点，因此，吸收光谱法广泛应用于检测或者识别各种分子物质。吸收光谱法提供一种检测重要微量物质的通用方法。目前，对极低浓度的样品进行吸收光谱测量时，一般需要采用多次经过吸收池增加光程的方法。然而，由于光程的增加，影响了激光吸收光谱测量的灵敏度。
塞曼效应是指原子在外磁场中发光谱线发生分裂且偏振的现象称为塞曼效应。塞曼效应一般使得原子光谱分裂为3条（磁量子数差异），且3条光谱的偏振特性也不同。
光致漂移现象是存在于光场中的一种气体动力学效应，其原理是：基于多普勒效应，利用激光对某种气体粒子进行“速度选择性激发”，使得在激光传播方向上具有特定速度分量的该种气体粒子有一部分布居到激发态上，而具有其他速度分量的粒子保持基态不变。该种气体粒子处于缓冲气体的环境中，由于两种能态上的粒子与缓冲气体的碰撞输运特性有差异，使得气体粒子在选择的速度方向上产生宏观的定向移动。光致漂移（lid）效应通过选择合适的激发波长将目标原子沿光束方向推/拉向一方，这方面已经有比较成熟的理论和实验研究。
如果将塞曼效应结合光致漂移（lid）效应应用于极低浓度的样品吸收光谱测量，将为低浓度物质的检测提供一种全新的方法。
技术实现要素：
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置，包括激光器以及依次设置于激光器光路上的玻片和玻璃光腔，所述玻璃光腔两端设置楔形窗，两个坩埚分别连接于玻璃光腔两端外壁，且与玻璃光腔连通；玻璃光腔两端外部均设置励磁线圈。
在上述技术方案中，所述激光器为可调激光器。
在上述技术方案中，所述玻片为四分之一玻片。
在上述技术方案中，两个所述励磁线圈设置于两个坩埚之间。
一种提高激光吸收光谱测量灵敏度方法，包括以下步骤：
（ⅰ）蒸发
将样品放入坩埚中进行蒸发；
（ⅱ）激光激发
将激光通过玻片后进入玻璃光腔内；
（ⅲ）调节励磁线圈使目标原子向中间富集
调节励磁线圈的电流大小，使得目标原子能级劈裂与光致漂移效应最强时对应的失谐量一致；调节励磁线圈的电流方向，使得左部目标原子被推向右方，右部目标原子被拉向左方，最终在中间部分富集。
在上述技术方案中，所述步骤（ⅱ）中激光的频率处于目标原子无磁场时基态和第一激发态能级间。
在上述技术方案中，所述光致漂移效应最强时对应的失谐量是根据待测目标原子的光谱以及基态和激发态的碰撞特性得到具体温度、缓冲气体压强下的光致漂移效应最强时对应的失谐量。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置及方法，利用光致漂移（lid）效应将待测目标原子局域富集，从而通过提高待测物质浓度的方法提高光谱吸收光谱灵敏度，是一种新的低浓度物质的检测方法；利用装置可实现目标原子在装置中间处富集，提升效果可达2-3个数量级，从而可实现对样品中含量极低物质的光谱检测，提高光谱测量灵敏度。
附图说明
图1是本发明提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置的结构示意图。
其中：
1激光器2玻片
3玻璃光腔4楔形窗
5坩埚6励磁线圈
7待测样品。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置及方法的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置，包括可调激光器1以及依次设置于激光器1光路上的四分之一玻片2和玻璃光腔3，所述玻璃光腔3两端设置楔形窗4，两个坩埚5分别连接于玻璃光腔3两端外壁，且与玻璃光腔3连通；玻璃光腔3两端外部均设置励磁线圈6。
两个所述励磁线圈6设置于两个坩埚5之间。
利用本发明装置可实现目标原子在装置中间处富集，提升效果可达2-3个数量级（与具体光功率等条件有关），从而可实现对样品中含量极低物质的光谱检测，提高光谱测量灵敏度。
实施例2
以实施例1为基础的，一种提高激光吸收光谱测量灵敏度方法，包括以下步骤：
（ⅰ）蒸发
在检测过程中，样品放入坩埚中进行蒸发；
（ⅱ）激光激发
频率处于无磁场时基态和第一激发态能级间的激光通过1/4玻片进入玻璃光腔内；
（ⅲ）调节励磁线圈使目标原子向中间富集
调节2个励磁线圈的电流大小，使得目标原子能级劈裂与lid效应最强时对应的失谐量一致，同时调节电流方向，使得左部目标原子被推向右方，右部目标原子被拉向左方，最终在中间部分富集，然后利用探测器对中间部分目标原子进行探测。
本发明的发放根据待测目标原子的光谱以及基态和激发态的碰撞特性得到具体温度、缓冲气体压强下的光致漂移效应最强时对应的失谐量（一般为ghz量级），从而调节磁场强度使得光谱的频移与此时的失谐量一致，即磁场强度与具体的待测物质，温度，充入的缓冲气体压强（一般为几百帕时效应最强）有关。
本发明的工作原理：
本发明利用塞曼效应结合光致漂移（lid）效应将低浓度的样品在一定区域进行富集，从而提高光谱检测灵敏度。
塞曼效应一般使得原子光谱分裂为3条（磁量子数差异），且3条光谱的偏振特性也不同，利用这一点，可采用频率为无磁场时原子中心激发频率的圆偏光对原子进行激发，此时只有满足偏振条件的或中的某一能级由于多普勒效应可被失谐激发，即满足的原子会被选择激发，改变磁场的大小可以调节被选择激发的原子沿光束方向的速度大小。如被激发的为的谱线，则被激发的原子运动方向与光传播方向相反，如的谱线，被激发的原子运动方向与光传播方向相同，通过合理的选择磁场方向可实现通过改变磁场的方向调节被激发的谱线，同时被选择激发的速度v方向也会改变，同时，由于处于激发态的原子相较于基态原子，其与缓冲气体分子（惰性气体，烷烃等）碰撞截面会有不同（一般激发态略大），这样会使得被原子向被选择激发运动方向的扩散受阻，从而产生一个群体运动速度，即光致漂移速度vdr（可达几米甚至十几米每秒，远大于光压的情况），此速度与被选择激发的原子运动方向相反，与入射光方向无直接关系。从lid的原理可知激发波长需要与原子中心吸收波长略有偏移。采用如图1所示的装置，在装置两端加入反向的磁场，调节磁场的大小使得能级劈裂与lid效应对应的失谐量匹配，同时调节磁场方向，使得在装置左半部分向左运动的原子被激发产生向右的漂移速度，右半部分向右运动的原子被激发产生向左运动的漂移速度，中间部分无磁场漂移速度为0，这样在坩埚内蒸发处的待测样品中的目标原子由于lid效应在装置中间富集，可极大提高目标原子的浓度。
本发明提供了一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置及方法，利用光致漂移（lid）效应将待测目标原子局域富集，从而通过提高待测物质浓度的方法提高光谱吸收光谱灵敏度，是一种新的低浓度物质的检测方法；利用装置可实现目标原子在装置中间处富集，提升效果可达2-3个数量级，从而可实现对样品中含量极低物质的光谱检测，提高光谱测量灵敏度。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
1.一种提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置，其特征在于：包括激光器（1）以及依次设置于激光器（1）光路上的玻片（2）和玻璃光腔（3），所述玻璃光腔（3）两端设置楔形窗（4），两个坩埚（5）分别连接于玻璃光腔（3）两端外壁，且与玻璃光腔（3）连通；玻璃光腔（3）两端外部均设置励磁线圈（6）。
2.根据权利要求1所述的提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置，其特征在于：所述激光器（1）为可调激光器。
3.根据权利要求1所述的提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置，其特征在于：所述玻片为四分之一玻片。
4.根据权利要求1所述的提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置，其特征在于：两个所述励磁线圈（6）设置于两个坩埚（5）之间。
5.应用权利要求1~4之一所述的提高激光吸收光谱测量灵敏度的装置的提高激光吸收光谱测量灵敏度方法，其特征在于：包括以下步骤：
（ⅰ）蒸发
将样品放入坩埚中进行蒸发；
（ⅱ）激光激发
将激光通过玻片后进入玻璃光腔内；
（ⅲ）调节励磁线圈使目标原子向中间富集
调节励磁线圈的电流大小，使得目标原子能级劈裂与光致漂移效应最强时对应的失谐量一致；调节励磁线圈的电流方向，使得左部目标原子被推向右方，右部目标原子被拉向左方，最终在中间部分富集。
6.根据权利要求5所述的提高激光吸收光谱测量灵敏度方法，其特征在于：所述步骤（ⅱ）中激光的频率处于目标原子无磁场时基态和第一激发态能级间。
7.根据权利要求5所述的提高激光吸收光谱测量灵敏度方法，其特征在于：所述光致漂移效应最强时对应的失谐量是根据待测目标原子的光谱以及基态和激发态的碰撞特性得到具体温度、缓冲气体压强下的光致漂移效应最强时对应的失谐量。
技术总结