樣品自體空間約束的LIBS光譜增強(qiáng)方法研究.pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技術(shù)具有快速、可進(jìn)行多元素同步分析等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在靈敏度偏低、穩(wěn)定性較差等不足。因此，通過提高激光誘導(dǎo)擊穿光譜的信號(hào)強(qiáng)度是目前改善LIBS技術(shù)分析精度的研究熱點(diǎn)。本文分別針對(duì)土壤樣品和銅合金樣品提出激光燒蝕土壤熔穴約束和銅合金自體小孔約束的LIBS光譜增強(qiáng)方法，取得的主要研究成果如下：
　　首先，分別采用不同脈沖寬度（500μ

2、s、80μs和8ns）的序列激光燒蝕土壤樣品表面同一位置，研究激光脈沖燒蝕土壤熔穴對(duì)等離子體的約束增強(qiáng)作用。
　?。?）采用脈寬為500μs的激光光源誘導(dǎo)擊穿產(chǎn)生的土壤等離子體光譜在激光燒蝕熔穴的約束作用下得到的增強(qiáng)效果最佳，PbⅠ405.78 nm和CrⅠ425.44 nm譜線強(qiáng)度最佳增強(qiáng)倍數(shù)分別為4.74和14.87倍；譜線信背比的最佳增強(qiáng)倍數(shù)分別為40.53和88.60倍。
　　（2）等離子體的電子溫度隨著80μs脈寬

3、激光脈沖個(gè)數(shù)的增加呈先增加后減小的變化趨勢，第25個(gè)脈沖激發(fā)產(chǎn)生等離子體的電子溫度相比第5個(gè)脈沖激發(fā)得到等離子體的電子溫度增加了171.23K。在熔穴的約束作用下，逐漸形成溫度較高且分布相對(duì)均勻的等離子體，因此譜線FeⅠ422.64 nm的自吸收程度降低。
　?。?）脈寬為500μs的激光激發(fā)產(chǎn)生土壤等離子體的壽命長達(dá)220~270μs，且等離子體譜線的相對(duì)強(qiáng)度波動(dòng)較?。悍治鼍€與內(nèi)標(biāo)線凈信號(hào)強(qiáng)度比值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.21~6.3

4、5％。研究表明，500μs脈寬激光激發(fā)產(chǎn)生的等離子體發(fā)光穩(wěn)定。應(yīng)用內(nèi)標(biāo)法計(jì)算得到土壤中 Pb和 Cr元素的檢測限分別為34.7 mg/kg和40.0 mg/kg。
　　其次，采用微型鉆頭在銅合金樣品表面鉆出不同尺寸的錐型小孔約束結(jié)構(gòu)，研究不同尺寸的小孔對(duì)不同脈寬激光誘導(dǎo)擊穿產(chǎn)生等離子體的光譜增強(qiáng)作用。
　?。?）利用80μs脈寬激光作為激發(fā)源，得到自體小孔約束的最佳尺寸為直徑3.0mm、深度1.5mm。與無約束時(shí)相比，CuⅠ

5、427.51 nm和PbⅠ405.78 nm的譜線強(qiáng)度分別提高了38.3%、35.4%，譜線信背比分別提高了200.2%、137.5%。
　?。?）利用納秒（8ns）激光作為激發(fā)源，得到自體小孔約束的最佳尺寸為直徑3.0mm、深度2.0mm。與無約束時(shí)相比，AlⅠ396.15 nm和PbⅠ405.78 nm的譜線強(qiáng)度分別提高了48.4%、19.0%，譜線信背比分別提高了96.7%、32.8%。
　　最后，對(duì)比分析樣品自體空間