激光诱导土壤等离子体辐射的增强方法研究

论文摘要

本文采用高能量钕玻璃激光器（0～25J）、自动扫描多功能组合光栅光谱仪、CCD探测器、延时系统和计算机光谱采集软件构成激光光谱分析系统,以国家标准土壤作为烧蚀样品,研究了激光诱导等离子体辐射增强的方法。主要内容包括以下几方面:1.在常压条件下,记录了激光序列脉冲作用于土壤样品同一位置产生的等离子体辐射强度,探讨激光诱导熔穴对后续脉冲等离子体的约束作用,以获得高质量的激光光谱。实验研究了不同环境气体种类对激光等离子体发射光谱强度和信背比的影响,确定了优化的环境气氛条件。2.在土壤中加入易挥发添加剂,提高激光对样品的蒸发量,探讨不同种类添加剂与激光等离子体辐射增强的相关性。通过拍摄激光激发产生的等离子体的照片,观察等离子体形状、颜色随着加入不同种类添加剂发生的变化。记录不同添加剂含量条件下的激光等离子体光谱强度和连续背景,比较光谱质量。3.激光等离子体属于局部热平衡（LTE）体系,可以采用光谱学方法测量不同实验条件下的等离子体参数。通过激发温度、电子密度、蒸发物质质量等参数的测量,探讨激光诱导土壤等离子体形成机制,解释等离子体辐射特性,从而确定有利于光谱分析的最佳实验条件。4.测量了样品表面性质对激光诱导等离子体发射光谱的影响。将NaCl添加剂和光谱纯的ZnO加入到样品中,对保定周边三个产粮基地土壤中的重金属进行光谱定量分析。结果表明,三个基地中元素Cd和Hg的含量均未超过国家颁布的《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995）中二类土壤标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 激光诱导击穿光谱技术的研究现状
• 1.2 LIBS 技术的特点
• 1.3 本论文研究的意义和工作内容
• 第2章 激光诱导击穿光谱技术原理
• 2.1 激光等离子体基础理论
• 2.1.1 等离子体形成机制
• 2.1.2 等离子体的辐射机制
• 2.1.3 激光等离子体模型
• 2.2 激光等离子体光谱
• 2.2.1 谱线的加宽机制
• 2.2.2 等离子体发射光谱的特征
• 2.3 光谱定量分析原理
• 2.3.1 Lomakin—Scheibe（罗马金－赛伯）公式
• 2.3.2 内标法原理
• 2.3.3 标准加入法
• 2.4 等离子体电子参数的计算方法
• 2.4.1 等离子体电子温度的测定
• 2.4.2 等离子体电子密度测量方法
• 第3章 实验仪器与装置
• 3.1 实验装置
• 3.2 实验仪器
• 3.2.1 激光光源
• 3.2.2 光学系统
• 3.2.3 分析和检测系统
• 3.3 实验方法
• 第4章 激光序列脉冲对等离子发射光谱的影响
• 4.1 实验
• 4.1.1 样品制备
• 4.1.2 实验方法和工作条件
• 4.2 氩气氛中的激光等离子体光谱
• 4.3 光谱强度和信背比
• 4.4 等离子体参数测量
• 4.4.1 电子温度的测量
• 4.4.2 电子密度的测量
• 第5章 NACL 添加剂对激光诱导等离子体辐射的增强效应
• 5.1 样品制备
• 5.2 激光等离子体观察
• 5.3 光谱强度与信背比
• 5.4 等离子体的参数测量
• 5.4.1 电子温度的测量
• 5.4.2 电子密度的测量
• 第6章 KCL 添加剂对激光等离子体辐射强度的影响
• 6.1 样品制备
• 6.2 等离子体观察
• 6.3 光谱强度与信背比
• 6.4 样品烧蚀质量
• 6.5 等离子体参数测量
• 6.5.1 电子温度测量
• 6.5.2 电子密度测量
• 第7章 CSCL 添加剂对激光诱导等离子体辐射的增强效应
• 7.1 样品制备
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 等离子体观察
• 7.2.2 光谱强度与信背比
• 7.3 等离子体参数测量
• 7.3.1 电子温度测量
• 7.3.2 电子密度测量
• 第8章 产粮基地土壤中重金属元素含量的测量
• 8.1 样品制备条件对激光诱导等离子体的影响
• 8.1.1 等离子体光谱强度随样品硬度的变化
• 8.1.2 等离子体辐射强度随样品表面光洁度的变化
• 8.2 内标法测试产粮基地土壤中重金属元素含量
• 8.2.1 实验条件
• 8.2.2 光谱数据采集和结果分析
• 第9章 结论与展望
• 参考文献
• 谢辞
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文