空氣環(huán)境下激光誘導(dǎo)金屬靶等離子體物理參數(shù)測量.pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,這項技術(shù)在化學(xué)定量分析上有著很大的優(yōu)勢,可以多元素同時檢測、檢測速度快、幾乎無損傷樣品。然而定量分析的前提是等離子體處于局部熱平衡狀態(tài),等離子體兩個重要參數(shù)就是電子密度和溫度,對等離子體物理參數(shù)的測量是十分必要的。因此本文針對激光誘導(dǎo)擊穿金屬靶材等離子體物理參數(shù)進行了計算,并研究了對等離子體電子密度的影響因素,以期為LIBS定量分析提供保障。
　　論文首先介紹了研究背景和意義

2、,然后從LIBS物理機制、譜線展寬及研究現(xiàn)狀、參數(shù)測量原理及研究現(xiàn)狀、儀器原理等方面介紹了本論文的理論依據(jù)與實驗方法。本文作者的主要工作包括:1)研究了不同激光脈沖能量下鋁靶LIBS探測時等離子體電子密度所受空氣背景的影響。2)測量了儀器展寬數(shù)值,并評估了儀器展寬對等離子體電子密度測量的影響。
　　利用搭建的LIBS光路,研究了空氣背景對激光誘導(dǎo)擊穿鋁靶等離子體電子密度測量的影響。實驗數(shù)據(jù)表明激光誘導(dǎo)擊穿鋁靶等離子體原子線譜線寬度

3、及等離子體電子密度在10mJ時數(shù)值最大,15mJ次之,20mJ最小,且都隨延時表現(xiàn)出下降的趨勢。對于空氣背景所產(chǎn)生的H?線,譜線寬度和等離子體電子密度在20mJ時數(shù)值最大,15mJ次之,10mJ最小,且都隨延時表現(xiàn)出下降的趨勢。在三個能量下,激光誘導(dǎo)擊穿鋁靶等離子體溫度也是10mJ最大,15mJ次之,20mJ最小。結(jié)果表明在激光能量為20mJ時,激光能量耦合進靶材的效率低,空氣電離度較高,在20mJ激光能量下等離子體屏蔽效應(yīng)最明顯。而在

4、相對小些的能量15mJ和10mJ時,空氣吸收的激光能量要小于20mJ下空氣所吸收的激光脈沖能量,空氣電離度減弱,等離子體屏蔽效應(yīng)減弱。
　　另外一個對等離子體電子密度測量的影響因素就是儀器展寬,論文的第二部分就是評估了儀器展寬對等離子體電子密度測量的影響。為了得到儀器展寬數(shù)值,本文利用海洋光學(xué)公司生產(chǎn)的HG-1型標(biāo)準(zhǔn)汞氬燈測量了中階梯光柵光譜儀的儀器展寬數(shù)值,繪制了儀器展寬隨波長變化的演化趨勢,得到儀器展寬的數(shù)值范圍大概是0.08

5、nm-0.19nm。由于大多數(shù)金屬靶材等離子體發(fā)射譜線寬度相比較儀器展寬數(shù)值都較窄,因此一定程度上受儀器展寬影響較大,需要考慮儀器展寬影響。對于譜線寬度較大的H?線,儀器展寬對其影響是很小的,相對誤差基本在10％以內(nèi),我們幾乎可以忽略不計。研究結(jié)果表明等離子體發(fā)射譜線寬度是所對應(yīng)儀器展寬4倍及以上時,儀器展寬對原始譜線寬度作用較小,幾乎可以忽略。同樣對于等離子體電子密度的測量,采用金屬靶材等離子體發(fā)射譜線計算等離子體電子密度需要考慮儀器