激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)用于土壤成分檢測(cè)研究.pdf

1、本文采用SQ-II型 Nd:YAG脈沖激光器（0～700 mJ）、WP-2L型平面光柵光譜儀、光譜采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等構(gòu)成光譜分析系統(tǒng)，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品作為燒蝕靶，研究了激光誘導(dǎo)土壤等離子體發(fā)射光譜的特性。主要內(nèi)容包括以下幾方面：
　　1.激光脈沖能量和激光束散焦對(duì)等離子體輻射的影響
　　研究了激光輸出能量（100-500 mJ）對(duì)等離子體輻射強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在激光能量為200 mJ的優(yōu)化條件下，可以提高等離子體發(fā)射

2、光譜強(qiáng)度和信背比。當(dāng)激光束被適當(dāng)散焦以后激發(fā)樣品時(shí)，能夠進(jìn)一步改善光譜質(zhì)量，在散焦位置為+6 mm時(shí)元素Mg、Al、K和Fe的譜線(xiàn)強(qiáng)度比未散焦時(shí)的分別提高了46％、63％、59％和45％，而光譜信背比分別提高了11％、31％、35％和38％。由此證明了合適的激光脈沖能量以及激光束適當(dāng)散焦對(duì)激光誘導(dǎo)土壤等離子體輻射有明顯的增強(qiáng)作用。
　　2. NaCl添加劑對(duì)激光誘導(dǎo)土壤等離子體輻射的增強(qiáng)效應(yīng)
　　研究了激光輸出能量（100-

3、500 mJ）和NaCl樣品添加劑（0％-20％）對(duì)等離子體輻射強(qiáng)度的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在激光能量為200 mJ的優(yōu)化條件下，光譜強(qiáng)度和信背比得到很大程度的提高。當(dāng)土壤樣品中加入適量 NaCl添加劑以后，能夠進(jìn)一步改善激光光譜質(zhì)量。NaCl加入量為10％時(shí)，等離子體中元素 Fe、Ba、Al和Ti的譜線(xiàn)強(qiáng)度比無(wú)添加劑時(shí)的分別提高了37％、32％、32％和70％，光譜信背比分別提高了33％、26％、16％和38％；而樣品燒蝕量、電子溫度和

4、電子密度比無(wú)添加劑時(shí)的分別提高了14％、9.6％和26％?？梢?jiàn)，土壤樣品中加入 NaCl添加劑是提高光譜質(zhì)量的有效手段。
　　3.激光脈沖重復(fù)頻率對(duì)激光誘導(dǎo)土壤等離子體光譜的影響
　　激光脈沖重復(fù)頻率直接關(guān)系到激光對(duì)樣品的蒸發(fā)、原子化、激發(fā)過(guò)程以及等離子體的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究了5 Hz、10 Hz和15 Hz三種激光脈沖頻率條件下的等離子體發(fā)射光譜質(zhì)量。通過(guò)比較光譜強(qiáng)度和信背比，表明高重復(fù)頻率的脈沖激光有利于獲得更高質(zhì)量的原

5、子發(fā)射光譜。在無(wú) CsCl添加劑的條件下，對(duì)于元素 Al、Fe和Ti的譜線(xiàn)強(qiáng)度和信背比而言，激光脈沖重復(fù)頻率為15 Hz時(shí)要比5 Hz時(shí)的分別增強(qiáng)40％、78％、66％和62％、30％、9％；當(dāng) CsCl添加劑含量為10％，元素 Al、Fe和Ti的譜線(xiàn)強(qiáng)度和信背比在激光脈沖頻率為15 Hz時(shí)要比5 Hz時(shí)的分別增大44％、108％、100％和10％、40％、66％。實(shí)驗(yàn)證明了較高的激光脈沖重復(fù)頻率能夠進(jìn)一步改善等離子體光譜質(zhì)量，這對(duì)于降

6、低光譜分析檢出限，提高檢測(cè)靈敏度尤為重要。
　　4.利用激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)進(jìn)行土壤中重金屬元素的定量分析
　　以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品（GBW07411）作為分析試樣，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)量了土壤等離子體發(fā)射光譜，并采用標(biāo)準(zhǔn)加入法對(duì)樣品中有毒重金屬元素鉻進(jìn)行了定量分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)采用內(nèi)標(biāo)元素譜線(xiàn)來(lái)消除實(shí)驗(yàn)條件波動(dòng)帶來(lái)的不利影響時(shí)，獲得的定量分析結(jié)果令人滿(mǎn)意，證明了激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)用于土壤元素成分檢測(cè)的可行性。