论文摘要
激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy简称LIBS）就是利用激光束聚焦入射样品表面产生激光等离子体,由等离子体中原子和离子的发射光谱对样品中的成分进行定性或定量分析。激光诱导击穿光谱技术随着激光的诞生应运而生,高功率密度的激光使样品表面汽化,产生处于激发态的原子和离子,而激发态原子和离子的发射谱线可用于样品成分的鉴定和含量的定量分析,因此LIBS可运用于固体、气体和液体样品的痕量分析。LIBS技术作为一种新兴的定量分析手段具有快速、对样品破坏性小、可实现在线及远程监测等优点,另外还可应用于传统化学分析手段难以应用的高温、有毒环境下。LIBS技术由于具有独特的优越性,它在材料科学、化学、环境科学、医学、考古、冶金等领域有广泛的应用前景。目前,对于固体和气体基质,LIBS技术已成功地对其中的痕量元素进行了定性或半定量分析,但对于液相基质,由于激光与液体相互作用产生的激波、溅射、吸收等不稳定因素的影响,使得LIBS技术在液相基质中的应用正处于实验室研究阶段,还需要解决许多理论和实验技术上关键问题。本论文从实验上研究液相基质中的激光诱导击穿谱,分析了CuSO4和Pb（NO3）2溶液中微量金属元素Cu和Pb激光诱导击穿光谱的时间演化特性,通过比较不同延迟时间、不同入射激光功率密度等实验参数下光谱信号的S/B,获得优化实验条件。在优化的实验条件下测定了Cu和Pb微量元素的LIBS定标曲线,分别计算得到了两种溶液中痕量元素的LIBS检测限。实验结果对将LIBS技术应用于海洋中重金属污染的在线监测提供有价值的实验和技术参数。本论文共分六章,主要内容有:第一章详细介绍了激光诱导击穿光谱技术的特点、研究现状。由于激光诱导击穿光谱与激光等离子体密切相关,因此在第二章中概述了激光等离子体的基本理论、发射光谱诊断原理和LIBS技术的基本原理等。第三章主要介绍了本论文所采用的实验装置和实验方法,并简述了信号采集系统所涉及到的仪器工作原理和技术参数。第四章、第五章分别报道了CuSO4和Pb（NO3）2水溶液LIBS光谱的实验研究结果。使用单脉冲LIBS技术,研究了溶液中Cu和Pb微量元素LIBS信号的时间演化特性、激光功率密度对LIBS信号的影响,并对实验条件进行了优化。在优化的实验条件下测定了Cu和Pb微量元素的LIBS定标曲线,计算得到了溶液中痕量Cu和Pb元素的LIBS检测限分别为23ppm、177ppm。实验结果表明: （1）等离子体发射光谱中,分立谱线强度和连续光谱强度都经历了随延时先增强后减小的过程,但分立谱线强度增强和衰减的速度快于连续光谱。（2）本实验的最佳实验条件,对CuSO4和Pb（NO3）2水溶液,光谱探测相对激光的延时分别为700ns、800ns,单脉冲激光能量分别为40mJ和35mJ,所采用的激光能量是液相LIBS研究报道中最低的,但得到的LIBS检测限却较高。论文最后在总结所做工作的基础上,指出了LIBS技术用于液相基质中微量元素定量分析仍需解决的关键问题,并提出了下一步的研究设想。
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