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激光诱导击穿光谱仪及应用

李铁强  
【摘要】:激光诱导击穿光谱简称是一种元素检测 分析的新技术。利用聚焦的激光脉冲作用于材料表面,形成局部高温,导致局部样品汽化, 致使样品原子或分子处于激发状态或电离,从而在样品表面形成等离子体羽辉。等离子体 中的激发态原子和离子等在驰豫过程中部分能量以光的形式辐射出来,这种辐射光带有明 显的元素特征信息。因此,通过光谱仪收集、记录和分析辐射出来的光谱信号即可以对固 体、液体和气体样品中的化学元素进行定性和定量分析。除了原子发射的特征峰以外,谱 图中一般还有由于带电粒子轫致辐射产生的辐射,但是这种辐射形成连续的背景谱线, 般并不影响元素的鉴别。近几年国际和国内对激光诱导击穿光谱的关注日益升温,激光诱导击穿光谱分析技术 正在从实验室研究逐步推广到环境检测、文物鉴定与保护、医疗医药等领域,甚至开始进入 工业应用。但是由于激光诱导击穿光谱技术易受环境因素影响,同时在定量分方面与传统 技术相比还存在较大的差距,因此激光诱导击穿光谱技术的全面推广,有待于大批研究者 的继续努力。本论文主要介绍激光诱导击穿光谱的影响因素、研究现状以及基本原理,搭建了一台 可以对固体、液体和气体样品进行分析的激光诱导击穿光谱系统,设计了一款基于美国海 洋光学公司的光谱仪(HR4000)的光谱采集和分析软件,在此基础上对样品的激光诱导击 穿光谱进行了研究。对比了在空气和真空中铝靶和硅的激光诱导击穿光谱,发现在真空中 和 的发射峰得到增强,这是由于在真空中气压较低,等离子体的冷却时 间延长,平均温度增加,使得Al和Si的电离率增加。分析了激光能量和频率对激光诱导击 穿光谱的影响,结果表明:随着激光能量的增加,空气的光谱信号强度增加量大于样品信 号强度的增加量;频率的增加,使得在较低的激光能量下产生较强的样品信号。研究了发 射峰谱线的归属,利用软件实现光谱平移和与标准样品光谱对比,比较明显的减小了由光 谱仪产生的波长误差的影响。


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