激光诱导击穿光谱技术在光谱数据的增强和定量分析上的基础研究

激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是一种通过脉冲激光聚焦样品产生等离子体,对等离子体发射光谱进行分析进而得到物质成分和含量的一种原子发射光谱技术。LIBS由于其成本低、适用范围广、样品无需复杂的预处理、检测速度快且可实现原位检测等特点成为了元素分析的一大热门,在工业、环境保护、生物医学、珍贵物品鉴定、军事等领域都有着很好的应用前景。但在分析元素种类与含量时,对光谱结果的分析常会受到基体效应、自吸收效应、等离子体屏蔽效应等因素的影响,使得提高LIBS技术的精确度成为了一大议题。本文基于LIBS的简介和基本原理和技术优点,详细分析了LIBS现阶段存在的问题及光谱增强的途径,并综述了定量分析的指标和方法,为LIBS更精确的检测提供了更多途径。     

激光诱导击穿光谱技术应用动态

激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱学的物质成分和浓度分析技术。随着激光器及光学检测设备的发展,激光诱导击穿光谱技术已经成为光谱学领域的研究热点。本文综述了激光诱导击穿光谱技术在一些领域应用的状况,包括材料分析、环境监测、工业生产控制、生物医学、植物学等领域。     

激光诱导击穿光谱信号增强技术研究进展

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种具有诸多独特优势的物质成分分析技术,但该技术灵敏度低,限制了其在痕量元素定量分析方面的应用.提高LIBS的信号强度,改善其检测灵敏度,有利于拓宽该技术的应用领域.基于国内外学者对LIBS信号增强技术的研究,简述并...     

激光诱导击穿光谱表征激光重熔后不锈钢的硬度

为了探究激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）技术对激光重熔后不锈钢的硬度的表征,以激光重熔后的不锈钢为原材料,研究不同硬度的不锈钢对激光诱导等离子体的光谱特性和物理特性的影响,分析激光重熔后不同的激光功率和扫描速度对硬度的影响,分析不同硬度与特征谱线,以及不同硬度与等离子体电子温度的变化规律。实验结果表明：选择Fe、Si、Cr和Mn元素的特征谱线分析谱线强度和谱线强度比与硬度的关系,元素的原子谱线与硬度呈负相关,元素的离子谱线强度和原子谱线强度比与硬度呈正相关;选择Fe元素的4条离子谱线分析等离子体温度与硬度的关系,随着硬度增加,等离子体温度逐渐升高,线性相关系数为0.919。本研究表明LIBS技术有表征激光重熔后不锈钢硬度的潜力,为硬度表征提供了一种新方法。     

多功能激光诱导荧光光谱测定装置

采用Nd∶YAG泵浦染料激光器、硅增强靶型光学多道分析仪以及自制的荧光盒和触发器组装了一台激光诱导荧光光谱测定装置。研制了与计算机连接用的接口和应用软件。性能测试表明,此装置的灵敏度高,光谱覆盖范围和工作曲线线性范围宽、分析速度快;既可用于实时光谱检测,也可用于时间分辩光谱分析。测定结果的精密度和准确度均令人满意。     

激光诱导等离子体加工蓝宝石微结构及其润湿性

激光诱导等离子体刻蚀技术在蓝宝石表面微结构制作方面具有独特的优势。通过控制变量法研究了激光能量密度、靶材和蓝宝石之间的距离和扫描速度对激光诱导等离子体加工蓝宝石微槽的微观形貌和几何尺寸的影响规律。通过正交试验研究了激光诱导等离子体工艺参数对蓝宝石表面微结构接触角的影响,发现扫描线间距对接触角的影响最大,靶材和蓝宝石之间的距离和激光能量密度次之,扫描速度的影响最小。当激光能量密度为6.3 J/cm²,扫描线间距为200μm,靶材和蓝宝石之间的距离为150μm,扫描速度为10 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为136°,表现出良好的疏水性;当激光能量密度为7.4 J/cm²,扫描线间距为50μm,靶材和蓝宝石之间的距离为100μm,扫描速度为5 mm/s时,蓝宝石表面微结构的接触角为29°,具有较好的亲水性,并且长时间放置后表面接触角基本保持不变。通过扫描电镜观察发现,蓝宝石表面的微结构上分布着许多纳米颗粒,这些微纳结构共同影响蓝宝石的润湿性。     

激光诱导等离子体光谱仪实验装置的构建

激光诱导等离子体光谱仪是一种具有实时在线、非接触、多元素同时探测等优点的分析仪器。它无需制备样品,是钢铁冶炼中在线元素快速检测的仪器之一。本文将线阵CCD放置于罗兰圆上,搭建了一台紫外波段的激光诱导等离子体光谱仪实验装置,光谱分辨率达0.1nm,覆盖的光谱波段为235～260nm,主要用于检测钢铁材料中的C元素。实验结果表明,该系统的搭建是成功的。     

飞秒细丝-纳秒激光诱导击穿光谱技术对土壤重金属Pb元素检测

采用飞秒激光成丝-纳秒脉冲激光诱导击穿光谱技术(Filament-ns DP-LIBS)对土壤中重金属铅元素进行了定量分析。利用飞秒激光等离子体丝烧蚀含铅土壤样品,向外喷射低密度的土壤粒子源,经脉冲间隔Δt后,纳秒脉冲激光再烧蚀低密度土壤粒子,实现等离子体发射光谱强度增强,谱线宽度压缩,降低土壤中重金属铅元素的最小检测限。实验结果表明,相比飞秒激光等离子体丝诱导击穿光谱技术(FIBS),在飞秒-纳秒脉冲间隔Δt=10μs条件时,PbI405.78nm光谱增强因子为9.66,谱线宽度从3.66×10~(-10)m压缩至2.74×10~(-10)m,提高了LIBS光谱分辨率。FIBS和Filament-ns DP-LIBS条件下定标曲线的线性相关系数R~2分别为0.982和0.994。FIBS条件下的RSD和LOD值分别为7.37%和65.86mg/kg,Filament-ns DP-LIBS条件下的RSD和LOD值分别为3.27%和24.39mg/kg。研究结果表明,Filamentns DP-LIBS技术可以降低土壤重金属的最小检测限,提高LIBS的检测灵敏度。     

POEMS—电感耦合等离子体质谱和光谱联机——元素分析的新概念

本文介绍ＩＣＰ－ＭＳ和ＩＣＰ－ＯＥＳ联机所诞生的等离子体光质谱仪，即ＰＯＥＭＳ。ＰＯＥＭＳ的特点和主要性能。     

激光烧蚀光谱-电感耦合等离子体质谱联用技术

激光烧蚀光谱（LAS）技术具有空间分辨率高,样品用量少,制样简单,分析速度快,可远程、实时、在线分析多相物质（气态、液态、固态）的特点,是近年来发展迅速的一种分析技术,具有广阔的应用前景,但它对痕量元素的分析能力不足。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术具有灵敏度高和多元素及同位素同时检测的能力,在微痕量元素精密分析方面具有很大的优势,但对基体元素分析存在困难。将LAS和ICP-MS技术相结合,形成LAS和LA-ICP-MS联用技术（LAS-ICP-MS）,可充分利用两种技术的优势,形成互补技术,为地质分析提供一种便捷、可靠的分析手段：利用LAS技术,可预先监测样品的大致含量与信号的稳定性等参数,筛选适用于LA-ICP-MS分析的样品,避免因元素含量过高引起的LA-ICP-MS采样锥锥口易堵塞,基体效应过大,以及因样品均匀性差或激光参数未优化等因素影响分析的准确性和精密度等问题;利用LA-ICP-MS技术,可对激光进样条件和原子化、离子化条件分开进行优化,从而改善仪器的分析性能。将LAS-ICP-MS用于岩石矿物分析,表现出其良好的应用前景     

碳室约束对激光等离子体辐射的增强效应

以土壤样品为靶,提出利用小型碳室对高能量激光诱导等离子体进行空间限制来提高等离子体发射光谱质量.采用高能量脉冲激光烧蚀土壤样品,利用组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息,研究了激光诱导等离子体在有或无碳室约束条件下辐射强度的变化;通过光谱学测量方法求得电子温度和电子密度,用以解释等离子体辐射增强的机理.实验结果显示,当利用小型碳室约束激光等离子体时,土壤样品元素Mn,K,Fe和Ti的光谱线强度比无碳室约束时分别提高了90.77％,101.71％,104.27％和60.77％;光谱信噪比分别提高了54.29％,55.30％,59.37％和38.80％;等离子体的电子温度和电子密度分别提高了1684 K和1.8×1016 cm-3.得到的结果表明,利用空间约束方法能够有效地提高激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比,为利用激光诱导击穿光谱技术检测物质中低含量成分奠定了基础.     

应用等离子体发射光谱和等离子体质谱方法进行大气气溶胶的化学分析表征

本文报道等离子体发射光谱（ＩＣＰ－ＡＥＳ）和等离子体质谱（ＩＣＰ－ＭＳ）同时用于大气气溶胶样品的分析。在化学分析数据的基础上，利用因子分析方法（ＦＡ）和化学质量平衡方法（ＣＭＢ），识别大气气溶胶各种可能的排放源并计算其贡献大小，同时也讨论了联合应用ＩＣＰ－ＡＥＳ和ＩＣＰ－ＭＳ进行大气气溶胶的化学分析表征的合理性和优越性。     

激光等离子体X射线极化光谱研究

为了诊断激光等离子体X射线的极化光谱,研制了一种新型的基于空间分辨的极化谱仪。将平面晶体和球面弯晶色散元件在极化谱仪内正交布置,即在水平通道用PET平面晶体作为色散元件,而在垂直通道用Mica球面弯晶作为色散元件,球面半径为380mm。信号采用成像板进行接收,有效接收面积为30×80mm,从等离子体光源经晶体到成像板的光路约为980mm。物理实验首次在中国工程物理研究院激光聚变研究中心“2×10J激光装置”上进行,成像板获得了铝激光等离子体X射线的光谱空间分辨信号。实验结果表明该谱仪具有较高谱分辨率,适合激光等离子体x射线极化光谱的诊断。     

激光等离子体质谱用于岩样化学成份的分析

在自制的仪器上,记录了一系列岩样的激光等离子体质谱。通过对正负离子质谱的分析,可以确定岩样的化学组成。本文通过对仪器工作原理、实验条件和测试结果的介绍,显示出该测试手段具有分析速度快、分析结果准确可靠、所得信息较为丰富、可进行微区与深度分析等优点。文章还讨论了不足之处及改进方向。     

激光诱导击穿光谱在物质成分定量分析方面的实验研究进展

介绍了激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的工作原理,综述了LIBS定量分析物质成分的方法及多种实验参数对LIBS分析性能的影响.将LIBS的定量分析方法分成两类:基于定标曲线的定标方法和不基于定标曲线的自由定标方法,介绍了两种方法各自的原理和特点.在实验参数方面,主要考察了激光器参数、观测时间、环境气体种类和压力、光谱检测设备等实验参数对LIBS分析性能的影响.     

激光等离子体软X线光源的研究

本文设计了一种高精度旋转靶系统的激光等离子体软X线光源,亮度高,强度大,光斑尺寸(100～200)μm,脉冲时间几十纳秒,可以辐射出直至软X线的连续光谱及迭加在连续光谱之上的线光谱,峰值波长位于(13～17)nm。在多次测量取平均的方式下,其稳定性和重复性优于±4.5%。     

纳秒激光等离子体光源的光谱测量技术

提出了一种新的探测和测量激光等离子体软X射线源光谱强度的方法。此方法使用通道电子倍增器和定标过的硅光电二极管为探测器,前者是非标准探测器,后者为标准探测器。应用电荷灵敏前置放大器和峰值探测器测量探测器产生的电量,并以高分辨率的光谱仪为分光元件,在已知光栅效率、通道电子倍增器增益、硅光电二极管能量响应的条件下,给出了计算激光等离子体软X射线源在某一波长光谱强度的公式。     

基于光谱的激光—MAG复合焊耦合机理分析

采用光纤式光谱仪,对激光—MAG复合焊等离子体辐射,进行空间分布200～1100nm间光谱采集。选取特定谱段辐射积分,给出其在紫外辐射(FeII)、可见光辐射(FeI)、红外辐射(ArI)各扫描层面辐射强度分布。进一步结合高速摄像,研究激光—MAG复合焊的耦合机理。研究结果表明,激光与MAG复合后,其等离子体在焊接电弧中心位置的辐射增强(其中紫外和可见光谱段更明显),形成一个辐射梯度较大的辐射增强区。FeI、FeII对应谱段的电弧辐射区间增宽,这种现象在激光作用的电弧前沿更明显。特定谱段辐射的面分布表明,激光—MAG耦合后,辐射在熔池附近及电弧中部的辐射增强,而在电弧上部的辐射减弱。耦合后的等离子体能量分布更集中于中心部位和熔池附近,复合等离子体Fe辐射区间的增宽,也为电弧稳定提供电离通道。耦合后等离子体辐射分布,使得激光复合焊焊缝成形改善、电弧稳定性增加。     

高分辨电感耦合等离子体质谱法测定大气气溶胶中铅同位素比值

采用高分辨电感耦合等离子体质谱技术(HR-ICP-MS)分析了48个不同季节大气气溶胶颗粒样品中铅同位素比值,为中国城市铅污染源研究提供数据.样品采至中国北京和长岛地区(2002年～2003年期间).206Pb/207Pb和208Pb/207Pb的10次测定标准偏差为0.05%～0.19%.     

CALIPSO星载激光雷达系统在全球气溶胶探测中的应用

气溶胶对于地球候系统具有非常重要的作用,气溶胶变化是气候预测不确定性的主要依据,CALIPSO是第一个提供全球气溶胶观测的星载激光雷达系统。文章阐述了星载激光雷达系统CALIPSO的结构和理论基础;介绍了利用其搭载的偏振激光雷达CALIOP对全球范围内的气溶胶进行探测的原理,并利用实测的2013年1月全球气溶胶信息,对全球气溶胶及光学厚度分布进行分析。结果表明,在冬季非洲中部、中东、印度、中国大陆地区是探测到的气溶胶密集区,由于工业活动的影响,平均光学厚度甚至达到0.4~0.6。