一种稀土元素检测装置及其检测方法

技术领域

本申请涉及稀土元素检测技术领域，尤其涉及一种稀土元素检测装置及其检测方法。

背景技术

稀土元素(REE)是一类很珍贵的元素，无论是电机和发电机中的高性能磁体，还是LED和平板电脑中的发光材料，都离不开稀土元素。为了满足用于新兴清洁能源技术的稀土元素日益增长的需求，在过去的研究中发现，煤灰产生的废液中含有许多稀土元素。由于这些废液中，稀土元素含量较少，无法使用传统的方法检测并提取。

传统的稀土元素采用化学分析法、可见分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、X射线荧光光谱法(XRF)等方法检测，其中化学分析方法需要试剂配合采样到实验室进行，其他检测方法需要大型机器如高功率光谱仪等，线路复杂，机器笨重，谱线干扰严重，只适合高纯度矿石中稀土元素检测，目前还未出现用于废液及废水中的稀土元素检测装置。

发明内容

本申请实施例提供了一种稀土元素检测装置及其检测方法，采用小型低功率设计便于搬运携带，可清晰地采集到样本的发光峰，从而提高了检测效率及准确度，所述技术方案如下：

本申请第一方面提供一种稀土元素检测装置，用于对液体中稀土元素进行检测，包括箱体、激发光源及光谱收集组件，在所述箱体的一端设有入光孔；所述激发光源位于所述箱体外部，用于辐照液体以激发液体中的稀土元素发射荧光光谱并通过所述入光孔进入所述箱体内部；所述光谱收集组件位于所述箱体内以采集荧光光谱，包括沿光路依次设置的第一透镜、可旋转光栅、反射镜、第二透镜及检测器，荧光光谱通过所述第一透镜准直成平行光后射向所述光栅，通过旋转所述光栅筛选不同波长的光谱并经由所述反射镜传送至所述第二透镜聚焦，通过所述检测器进行光电信号转换，确定光谱的波长。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，还包括旋转电机，所述旋转电机的输出端与所述光栅相连接，带动所述光栅旋转，以调节所述光栅的倾斜角度。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，还包括光阑，所述光阑位于所述第二透镜及所述检测器之间，经由所述第二透镜聚焦后的光谱穿过所述光阑到达所述检测器。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述激发光源为紫外发光二极管。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述第一透镜为聚焦透镜，所述第二透镜为半球柱面透镜。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，还包括外接移动电源，所述外接移动电源位于所述箱体外部，用于向所述激发光源、所述电机和所述检测器供电。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述检测器为CCD光谱检测器，CCD光谱检测器将检测的结果转化成外部信号上传至云端系统被显示。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，在所述箱体内部设有用于装载并固定所述光栅的光栅架、用于装载并固定所述反射镜的镜框及用于装载并固定所述第二透镜的镜片座。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述光阑为在所述箱体与所述入光孔相对的表面设置的狭缝，所述检测器位于所述狭缝处以接收光谱。

本申请第二方面提供一种利用上述稀土元素检测装置的检测方法，包括以下步骤：通过激发光源辐照液体，激发液体中的稀土元素发射荧光光谱并通过所述入光孔进入所述箱体内部，通过所述第一透镜对入射的复色荧光发散光准直成平行光射向所述光栅，启动所述电机驱动所述光栅旋转并调节所述光栅的倾斜角度以筛选不同波长的光谱，再通过所述反射镜传送至所述第二透镜聚焦，经过所述光阑到达所述检测器，通过光电信号转换确定光谱的波长，从而检测不同稀土元素。

本申请一些实施例提供的一种稀土元素检测装置及其检测方法带来的有益效果为：本申请通过激发光源辐照水液，由于稀土中的镧系元素会被激发产生荧光，通过第一透镜聚焦进入光路，光栅进行分光后，最终通过检测器对光谱进行分析，确定水中稀土元素类型。本申请采用小型低功率的稀土元素检测装置，低耗能、体积小、轻便便于搬运携带，本申请可清晰地采集到样本的发光峰，从而提高了检测效率及准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的稀土元素检测装置正视图；

图2是本申请的稀土元素检测装置光路图；

图3是本申请的稀土元素检测装置应用效果图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本申请第一方面提供一种稀土元素检测装置，用于对液体中稀土元素进行检测，具体地，可以用于对煤灰产生的废液中稀土元素检测。

如图1-2所示，包括箱体10、激发光源20及光谱收集组件30，在所述箱体10的一端设有入光孔11；所述激发光源20位于所述箱体10外部，用于辐照液体以激发液体中的稀土元素发射荧光光谱并通过所述入光孔11进入所述箱体10内部；所述光谱收集组件30位于所述箱体10内以采集荧光光谱，包括沿光路依次设置的第一透镜31、可旋转光栅32、反射镜33、第二透镜34及检测器35，荧光光谱通过所述第一透镜31准直成平行光后射向所述光栅32，通过旋转所述光栅32筛选不同波长的光谱并经由所述反射镜33传送至所述第二透镜34聚焦，通过所述检测器35进行光电信号转换，确定光谱的波长。

根据上述实施例，本申请通过激发光源20辐照水液，由于稀土中的镧系元素会被激发产生荧光，通过第一透镜31聚焦进入光路，光栅32进行分光后，最终通过检测器35对光谱进行分析，确定水中稀土元素类型。本申请采用小型低功率的稀土元素检测装置，低耗能、体积小、轻便便于搬运携带，利用激发光源20辐照液体以激发液体中的稀土元素发射荧光光谱，从而检测液体中的Tb、Eu、Sm和Dy等镧系稀土材料，本申请可清晰地采集到样本的发光峰，从而提高了检测效率及准确度。

图3为采用本申请的稀土元素检测装置检测废液中稀土元素的实际效果图，当激发光源20辐照水液时，稀土中的镧系元素会被激发产生荧光，具体地，当用280nm紫外发光二极管照射，铽、镝、铕和钐样品能够发出独特的颜色：其中，Tb

其中箱体10为暗箱，以提供暗场环境，方便观察不同稀土元素的荧光颜色。

此外，由于稀土元素发光谱线简单，干扰少，采用本申请的稀土元素检测装置可不破坏试样，重复测定，避免了环境污染；本申请的稀土元素检测装置具有防水功能，直接利用液体中稀土元素所发射的荧光强度进行测试，无需试剂。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，还包括旋转电机，所述旋转电机的输出端与所述光栅32相连接，带动所述光栅32旋转，以调节所述光栅32的倾斜角度。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，还包括光阑37，所述光阑37位于所述第二透镜34及所述检测器35之间，经由所述第二透镜34聚焦后的光谱穿过所述光阑37到达所述检测器35。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述激发光源20为280nm紫外发光二极管。

具体地，激发光源20为两个相互靠拢设置的UVLED，两UVLED的功率为1mW，相比于传统检测手段需要高功率激光源检测来说，本申请具有低耗能、体积小、轻便便于搬运及携带的优点。

两个相互靠拢设置的UVLED使得激光聚焦对准液体，使液体中的有特定荧光光谱的元素被激发检测。两UVLED设置于入光孔11上方，当激发光源20辐照水液时，稀土中的镧系元素会被激发产生荧光。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述第一透镜31为聚焦透镜，所述第二透镜34为半球柱面透镜。

根据上述实施例，所述第二透镜34采用半球柱面透镜，半球柱面透镜具有一个柱面表面，可以使入射光线聚焦于某个维度，并拉伸图像，柱面镜的焦距可为负或正，可以更好的调整和控制光线的方向。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，还包括外接移动电源，所述外接移动电源位于所述箱体10外部，用于向所述激发光源20、所述电机36和所述检测器35供电。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述检测器35为CCD光谱检测器，CCD光谱检测器将检测的结果转化成外部信号上传至云端系统被显示。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，在所述箱体10内部设有用于装载并固定所述光栅32的光栅架、用于装载并固定所述反射镜33的镜框及用于装载并固定所述第二透镜34的镜片座。

根据上述实施例，通过在箱体10内部设置用于装载并固定所述光栅32的光栅架、用于装载并固定所述反射镜33的镜框及用于装载并固定所述第二透镜34的镜片座，方便快速安装及拆卸，也使得光学组件稳固地设置于箱体10内部而不发生晃动，保证光路稳定。

例如，在一个实施例提供的稀土元素检测装置中，所述光阑37为在所述箱体10与所述入光孔11相对的表面设置的狭缝，所述检测器35位于所述狭缝处以接收光谱。

本申请第二方面提供一种利用上述稀土元素检测装置的检测方法，包括以下步骤：通过激发光源20辐照液体，激发液体中的稀土元素发射荧光光谱并通过所述入光孔11进入所述箱体10内部，通过所述第一透镜31对入射的复色荧光发散光准直成平行光射向所述光栅32，当复色光通过光栅32后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱，启动所述电机36驱动所述光栅32旋转并调节所述光栅32的倾斜角度以筛选不同波长的光谱，再通过所述反射镜33传送至所述第二透镜34聚焦，经过所述光阑37到达所述检测器35，通过光电信号转换确定光谱的波长，从而检测不同稀土元素。

尽管本申请的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本申请的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本申请并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。