激光誘導(dǎo)擊穿光譜的定量分析及應(yīng)用研究.pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜（laser-induced breakdown spectroscopy，簡稱LIBS）是樣品原子在高溫下氣化電離產(chǎn)生的發(fā)射光譜，是對物質(zhì)的成分和含量進行測試和分析的新型技術(shù)。待測物質(zhì)的表面在激光脈沖的刻灼下，致使表面原子或者分子吸收激光脈沖能量，這些原子或者分子產(chǎn)生氣化電離，這些原子電離成激發(fā)態(tài)（高能態(tài)），從而在待測物質(zhì)照射區(qū)域的周圍產(chǎn)生大量處于激發(fā)態(tài)的原子和離子組成的等離子體。高能態(tài)的粒子在從激發(fā)態(tài)躍遷到能量較低的

2、基態(tài)過程中發(fā)射出反應(yīng)待測樣品中各組分元素的和濃度的特征發(fā)射譜。通過光譜探測裝置（光譜儀）的收集和分析就可以得到樣品各組成成分的元素種類和含量的相關(guān)信息。由于LIBS和常見的材料分析檢測技術(shù)相比，LIBS具有可分析元素范圍廣、對待測物質(zhì)的形態(tài)和制備要求低、快速的實時在線檢測、定量分析的精確度高等優(yōu)點，所以，LIBS被國內(nèi)外研究人員應(yīng)用于受污染土壤中的重金屬含量的檢測，外太空成分探測，污水中鉻的濃度測量，對牙齒中的成分含量測量等環(huán)境檢測、太

3、空探險、醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域。
　　本文主要講述了激光誘導(dǎo)擊穿光譜的測試原理，并介紹了影響LIBS定量分析的因素，比較了LIBS和其它元素測試分析技術(shù)的優(yōu)缺點。利用實驗室中的LIBS設(shè)備對純度較高的金屬單質(zhì)和不銹鋼等樣品進行了定性分析，通過查閱原子光譜數(shù)據(jù)庫可以得到樣品中的各組分元素的特征譜，同時發(fā)現(xiàn)不銹鋼中的鐵鈷鎳等主要成分由于特征峰的波長都相近重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，給LIBS的應(yīng)用分析帶來了一定的難度。并在此基礎(chǔ)上，LIBS對鉿靶材進行了鉿元素

4、的特征峰檢測，研究激光脈沖聚焦的焦距對其等離子體溫度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在一定的激光脈沖電壓下，等離子體溫度會隨著激光聚焦的焦距增加而增加，再繼續(xù)增加激光聚焦的焦距，等離子體溫度會下降。研究了鐵、鋅、硅等單質(zhì)靶材和不銹鋼合金、空氣的發(fā)射譜中激光脈沖電壓對激光誘導(dǎo)擊穿產(chǎn)生的等離子體溫度的影響，實驗發(fā)現(xiàn)，等離子體溫度受激光脈沖電壓的影響很大，并提出等離子體溫度是影響LIBS定量分析的重要因素。
　　在LIBS的定量分析中，對配置不同濃度的

5、氧化鋁和氧化鈦的合金樣品進行了研究。試驗中首先對合金樣品中的鈦和鋁元素進行了定性分析，并且通過比較固定激光脈沖電壓和恒定等離子體溫度這兩種方法得到不同濃度下的合金樣品中的痕量元素鈦的定標(biāo)曲線。結(jié)果表明，固定激光脈沖能量得到的定標(biāo)曲線線性系數(shù)為0.9457，相對標(biāo)準(zhǔn)誤差為12.5％，但恒定等離子體溫度方法的線性系數(shù)達到0.9939，誤差減少到4.3%。這是因為固定激光脈沖能量的方法由于存在很強的基體效應(yīng)，導(dǎo)致形成的等離子體溫度不同不適合分