腔體約束對激光誘導(dǎo)擊穿光譜輻射特性的影響.pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)技術(shù)是近年來發(fā)展迅速的一種原子發(fā)射光譜檢測技術(shù)，具有快速、多元素同步分析、實時、不受樣品狀態(tài)的限制、微損耗、可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作等優(yōu)點。因此在原材料分析、危險環(huán)境中的分析、環(huán)境監(jiān)測和醫(yī)藥分析等方面有著廣泛的應(yīng)用。但是，由于LIBS在實際的應(yīng)用中相比于目前的其他檢測技術(shù)存在檢測線較低的缺陷，這嚴(yán)重的限制了該技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，因此，提高激光誘導(dǎo)

2、擊穿光譜的信號強(qiáng)度和降低光譜的穩(wěn)定性是目前的研究熱點。有關(guān)于這兩方面的改善，主要涉及兩種技術(shù)方案，一種是雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)。該技術(shù)包括平行雙脈沖、垂直雙脈沖以及交叉雙脈沖三種方式;另一種是激光燒蝕結(jié)合放電的LIBS技術(shù)，該技術(shù)類似于雙脈沖LIBS，利用周期性振蕩放電等離子體代替第二束激光，可以有效地再加熱激光等離子體，從而提高信號的靈敏度、精度和信噪比，該技術(shù)適用于各種土壤中主要元素及微量元素的檢測。
　　近年來，研究發(fā)現(xiàn)

3、激光誘導(dǎo)結(jié)合腔體約束的LIBS技術(shù)亦能夠有效的改善LIBS的信號質(zhì)量。然而目前關(guān)于腔體約束LIBS技術(shù)研究還很不夠，一方面，對于單脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜，大部分研究者只是研究了在某種腔體約束尺寸或者在兩三種腔體約束尺寸下對等離子體光譜強(qiáng)度的影響，很少研究在什么樣的腔體約束尺寸下可以實現(xiàn)最好的增強(qiáng)效果，即未對腔體約束尺寸進(jìn)行系統(tǒng)的研究以獲得最優(yōu)化的腔體約束尺寸，同時，在前面的腔體約束的研究中，對等離子體光譜穩(wěn)定性的研究，得到完全相反的兩種結(jié)

4、果。另一方面，對于在雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜，目前只是報道了垂直雙脈沖結(jié)合一對平行板的約束來改善LIBS信號，而未涉及到同軸雙脈沖結(jié)合腔體約束的相關(guān)研究。針對目前研究的不足，本文系統(tǒng)研究了腔體約束對激光等離子體輻射特性的影響。
　　論文首先介紹了LIBS技術(shù)的成長歷程、目前關(guān)于腔體約束的LIBS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及LIBS技術(shù)的相關(guān)理論知識，接著介紹了整個實驗方案的設(shè)計、實驗儀器和參數(shù)的選擇。然后針對目前研究存在的不足開展以下兩方面的

5、研究內(nèi)容:第一，設(shè)計并制作了一系列不同尺寸的鋁質(zhì)圓柱形腔體，系統(tǒng)研究單脈沖條件下，腔體約束尺寸對LIBS輻射光譜的信號強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響，獲得了最優(yōu)化的腔體約束尺寸。在最優(yōu)化的腔體約束條件下，進(jìn)一步分析了約束對單脈沖激光等離子體電子溫度和電子數(shù)密度的影響，并以鋁合金中鐵元素為例，開展定量分析研究，提高了LIBS的檢測限。第二，首次將腔體約束與平行雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)相結(jié)合，開展了約束雙脈沖激光誘導(dǎo)激光光譜技術(shù)研究。優(yōu)化了雙脈沖時間