導(dǎo)向沉積富集與fs-ns雙脈沖激發(fā)LIBS增強(qiáng)方法研究.pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,簡稱LIBS）技術(shù)作為一種快速微損定性定量分析手段，因其具有響應(yīng)時間短、無需樣品預(yù)處理、多元素同時分析等諸多優(yōu)勢，被廣泛運用于各個領(lǐng)域，并獲得不同程度的成功。然而，發(fā)展LIBS技術(shù)成為一種可應(yīng)用于實際的檢測手段，仍存在提升探測靈敏度的挑戰(zhàn)。因此，本論文針對水中痕量金屬離子和固體微創(chuàng)微量燒蝕，分別發(fā)展了相應(yīng)的LIBS探測增強(qiáng)方法，達(dá)到了顯著提升LI

2、BS探測靈敏度的目的。
　　本論文圍繞LIBS探測增強(qiáng)為中心，以水下金屬離子LIBS探測和微創(chuàng)微區(qū)LIBS分析為研究對象，分別開展了“導(dǎo)向沉積增強(qiáng)”和“fs-ns雙脈沖”激發(fā)的LIBS增強(qiáng)方法研究。其中，“導(dǎo)向沉積增強(qiáng)方法”是通過化學(xué)置換反應(yīng)將水中銅離子定向沉積轉(zhuǎn)化為固體銅單質(zhì)，有效增加激光燒蝕質(zhì)量，成功實現(xiàn)水下銅離子從無到有的LIBS探測，并且可實現(xiàn)亞ppb的水下銅離子探測。同時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)向沉積增強(qiáng)效果依賴于富集電壓，最低可探測濃

3、度隨著電壓的升高而降低，實驗結(jié)果證明隨著富集電壓的升高（0V/30V/60V），水中銅元素的最低探測濃度會隨之相應(yīng)降低（5ppm/5ppb/500ppt），說明了富集電壓的改變可有效調(diào)控水中LIBS探測金屬元素的靈敏度。
　　“fs-ns雙脈沖增強(qiáng)微區(qū)LIBS探測技術(shù)”是通過引入ns脈沖以reheat模式對fs脈沖燒蝕形成的等離子體再次激發(fā)，通過激勵進(jìn)而加劇粒子數(shù)反轉(zhuǎn)形式達(dá)到對探測的增強(qiáng)，以實現(xiàn)靈敏度的提高。實驗結(jié)果顯示雙脈沖的作

4、用下，等離子體發(fā)光時間可以由fs單脈沖下的20ns顯著延長至fs-ns雙脈沖下的3000ns；實驗參數(shù)優(yōu)化后，發(fā)現(xiàn)LIBS信號的最佳信噪比（SNR）出現(xiàn)于較大脈沖間隔（>300ns），fs-ns雙脈沖增強(qiáng)技術(shù)可在燒蝕斑尺寸為1.7、激光燒蝕質(zhì)量為2.9pg下，相較fs單脈沖LIBS探測，完成近300倍的信號增強(qiáng)，最低探測質(zhì)量降低近30倍。除此之外，論文還就雙脈沖的增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了初步探索研究。
　　本論文針對水下痕量金屬元素的“導(dǎo)向