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光电双脉冲LIBS技术的研究和应用

张谦  
【摘要】:汞是最毒的重金属元素之一。因为汞会在环境、人体与动物中富集而对大脑、心脏、肾脏、胃和肠道造成损伤。所以,环境和工业制品中总汞含量的快速、灵敏监测技术非常重要。 本研究中,我们用光电双脉冲激光诱导击穿光谱技术(optical-electrical dual pulse laser induced breakdown spectroscopy, OEDP-LIBS)来增强标准大气压下空气中激光诱导等离子体(laser-induced plasma, LIP)中汞的发射谱。电激发后,原子发射谱线强度得到显著增强。激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)得到的溶液中汞的检出限(limits of detection, LOD)为2.4 mg/L,而放电后检出限达到了0.3mg/L。在现有的实验条件下,LIBS无法实现土壤中汞的探测。而运用OEDP-LIBS得到的土壤中汞的检出限为130mg/kg。 尽管OEDP-LIBS的探测灵敏度比LIBS要好,但是该系统的相对标准偏差(relative standard deviation, RSD)为10%,不如LIBS的5%。为了获得更好的探测灵敏度和增加系统的稳定性,我们提出了一项名为激光点火辅助电火花诱导击穿光谱(laser ignition assisted spark induced breakdown spectroscopy, LI-SIBS)的新技术。在该技术中,水溶液中痕量汞离子被富集到铜片表面上以消除水的基体效应的影响,在电火花诱导击穿光谱技术的放电开始前,一束激光被用作点火源,以降低放电电压和增强放电的稳定性。实验表明,在对汞元素进行分析时,该技术比单脉冲LIBS和单脉冲SIBS有更好的表现。LI-SIBS技术得到的水溶液中汞的检出限为2μg/L,比LIBS得到的检出限改善了30倍。系统的稳定性也得到了增强。在典型的测量中,6%的RSD是很容易得到的。


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