样品形态对激光诱导土壤等离子体特性的影响分析

将激光诱导击穿光谱技术应用到土壤检测中,分析了土壤样品形态对激光诱导等离子体特性的影响.采用波长1 064 nm的Nd-YAG脉冲激光器作为激发光源,在实验室大气环境下对粉状和片状2种形态土壤样本诱导产生激光等离子体,测量并分析了样品形态和粒径大小对元素特征谱线强度、等离子体温度和电子密度的影响.实验研究表明,相同实验条件下,粉状土样的激光等离子体温度和电子密度均高于片状土样,但片状土样的元素特征谱线强度更大,且受土壤粒径大小的影响较小,适用于土壤重金属元素的LIBS分析检测.     

用LIBS方法测量铝合金中的合金元素

将高能激光脉冲聚焦在合金样品表面形成样品的高温等离子体,用光栅光谱仪与增强型电感耦合装置(ICCD)分析等离子体的发射谱线来测定合金中的元素种类与浓度.实验以系列标准铝合金的光谱来标定Fe,Si,Cu的定量分析标准曲线,分析了铝合金中主要元素的测量精度与探测限.研究表明,该方法在合金元素质量分数大于0.01%时,测量相对误差在5%之内;在合金元素质量分数低于0.01%时,测量绝对误差在0.001%之内,对3种合金元素的检出限可达6×10-5~10×10-5左右,且采用基体元素作为内标可进一步提高分析精度.     

无自吸收效应的光学薄激光诱导击穿光谱研究与性能评估

针对影响激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析精度的自吸收效应,发展了新型的光学薄激光诱导击穿光谱(OT-LIBS)技术,通过匹配等离子体光谱中元素双线强度比与理论值来设置曝光延时,从而直接由实验装置获得无自吸收的元素发射谱线,不仅避免了建模校正的误差,且未额外增加设备.通过对比Boltzmann平面的线性相关度以及自吸收(SA)系数,验证了OT-LIBS能够诱导产生光学薄等离子体.与传统的自吸收效应校正方法相比,OT-LIBS所获Boltzmann平面的线性相关度达到0.99,而且SA系数达到最大值,证明自吸收效应最小.单变量定标的定量分析结果表明,相比于传统LIBS,OT-LIBS将Al元素定标线的线性相关度由0.86提高至0.98,平均绝对测量误差由1.2%降低至0.13%,检测精度提高了一个量级.探讨了OT-LIBS的边界条件、适用性和局限性,该技术对Al元素含量和脉冲激光能量的限定范围分别为0–20.8%和大于16.9?mJ,对Al元素含量和脉冲激光能量的可适用范围分别为0–15.9%和大于33.1?mJ.本技术有助于进一步推动LIBS的工业化应用步伐.     

激光击穿油水界面的等离子体空间分布特性研究

油水分离技术对水资源的治理和环境的改善非常重要,油水界面特性检测是该技术的关键要求之一.本文提出了采用激光等离子体光谱法进行油水界面探测的方法,并进行了理论研究和验证.本文实验研究了等离子体电子温度和电子密度的空间分布特性,并结合激光聚焦特性,提出了激光等离子体空间分布的半椭球模型;采用激光诱导等离子体光谱法,基于元素发光特性差异,对油水界面的位置进行了判定;结合谱线强度与元素浓度的对应关系,基于半椭球模型得到特征谱线强度与元素个数关系式;进一步对特征元素强度比值和油膜厚度关系进行了研究,实现了不同厚度油层的光谱测量.本文分析了C和H元素的自吸收效应随油膜厚度的变化规律,验证了采用检测光谱信号的特征元素相对强度比对油膜厚度直接判断的合理性.根据谱线强度比和油厚的散点分布,以及仿真曲线,本文得到实验误差随油厚的变化规律,并且相对误差总体小于20%,这也验证了该方法的可靠性.     

激光诱导击穿光谱法测定丹参中钙、镁离子含量

为了采用激光诱导击穿光谱法对丹参中钙、镁元素含量进行测定,采用1 064 nm激光束经光路传输系统聚焦在样品表面,熔融样品并产生等离子体以激发待测元素,用高精度光谱仪进行采集光谱,建立样品中钙、镁元素离子浓度与其激光诱导击穿光谱强度间的定标曲线.钙、镁离子的含量与光谱强度线性相关系数分别达0.9981及0.9998.结果表明,本激光诱导击穿光谱技术能够用于检测丹参中钙、镁元素含量.     

真空中铝锡合金激光等离子体的时间演化研究

利用时间分辨发射光谱法测量了真空环境中激光Al-Sn合金等离子体时间演化光谱,结合基于流体动力学方程和辐射输运方程的多元素激光等离子体辐射流体动力学模型及程序,模拟了Al-Sn合金等离子体在真空中的膨胀演化,实现了不同电荷态Al、Sn离子在等离子体演化过程中离子密度和等离子体温度的空间分布诊断.结果表明,理论模拟的谱线强度及其时间演化规律与实验结果符合较好,理论重构的不同时间延迟下离子密度和等离子体温度的空间分布图像可以直观地呈现多元素等离子体中不同电荷态离子在等离子体中的演化过程,预期可为多元素情形下的激光等离子体辐射特性及其应用提供帮助.     

低温等离子体放电管中的电子能量的测估

通过检测放电光谱的相对强度,根据检测到的原子、离子的跃迁谱线,考察放电等离子体形成的途径,从而估算电子能量;或检测同一种元素的激发态原子与激发态离子的发射谱线的相对强度,在近似满足局部热平衡条件下,推广使用高温等离子体的电子温度诊断公式,来估算电子温度.通过上述两种方法,可了解电子的能量情况,对放电管可作出相应的评价,进而对放电管进行优化研究.     

等离子体电子温度的光谱计算

文章介绍了在满足局部热力学平衡条件下测定等离子体电子温度的谱线绝对强度法、双谱线法、多谱线斜率法、双示宗元素等电子谱线法、Saha法等多种发射光谱法,并探讨了这些方法在等离子体电子温度诊断中的应用,旨在为实际电子温度的计算过程中选择合适的等离子体诊断方法提供参考.     

外加电场下激光诱导Al等离子体特性的实验研究

由Q-Nd∶YAG脉冲激光(波长1.06μm,脉宽10 ns)烧蚀Al靶产生等离子体.观测了在低气压和直流电场条件下的Al等离子体发射光谱.研究了激光功率密度和直流电场对各谱线强度的影响,分析了等离子体电子温度与激光能量之间的变化规律.结果表明,直流电场对铝原子谱线和离子谱线强度有显著的增强作用,铝等离子体的电子温度随激光功率密度持续增长.     

ZnO压敏陶瓷实际Bi元素的含量

建立了压敏陶瓷实际Bi元素含量检测品质的控制方法,讨论了烧结方式、温度及保温时间对Bi元素挥发量的影响,研究了实际Bi元素含量对压敏陶瓷显微结构、电性能的影响.实验表明,采用电感耦合等离子体光学发射光谱仪检测样品Bi元素含量,实际检测极限为1.0×10-6.通过优化烧结,有效控制了Bi元素挥发,从而获得均匀的显微结构和预定晶界,得到电学性能优良的ZnO压敏陶瓷.     

激光诱导液相基质等离子体电子温度的时间演化特性研究

通过单脉冲激光烧蚀MgSO4水溶液射流产生激光等离子体,通过调节ICCD门脉冲相对激光脉冲的延时,测定了液相基质中激光等离子体中Mg元素的时间分辨发射光谱.实验结果表明,当ICCD门延时在0.6μs-1.6μs范围内变化时,谱线强度随延时的增大逐渐减小,但减小的速度越来越慢;谱线的信噪比有一个先上升后缓慢减小并趋于稳定的过程.同时,利用Boltzmann斜线法对Mg原子谱线(518.36nm,517.268nm,516.732nm,383.829nm,383.230nm,382.935nm)进行拟合,得到了不同延时下Mg等离子体的电子温度范围为4772K-6281K,线性相关系数为0.958.拟合结果说明本实验条件下得到的液相基质激光等离子体满足局部热平衡条件.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

Ne气负脉冲电晕放电等离子体电子温度测量

依据荧光发射谱谱线强度正比于激发态粒子数原理,通过测量不同激发态能级所发射荧光谱线的相对强度,对Ne气脉冲电晕放电等离子体平均电子温度随峰值电压、样品气压的变化以及有效电子温度的时间行为进行了实验研究.结果表明,平均电子温度随放电峰值电压、样品气压均呈现近线性的变化趋势;而有效电子温度随时间变化先于脉冲电晕放电电流的变化.     

惯性约束聚变等离子体的光谱诊断（Ⅰ）

利用经过评估的原子结构和动力学参数,针对惯性约束聚变等离子体的局域和非局域热动平衡状态,计算了等离子体中的特征发射光谱,并分析其随等离子体温度密度变化的规律．研究发现离子特征谱线的共振线强度比值、伴线与共振线强度比值对等离子体温度变化很敏感,而特征谱线的线形函数对等离子体密度变化较敏感．这些性质可以用来诊断等离子体温度和密度状态．     

激光诱导Cu等离子体发射光谱特性的实验研究

通过实验研究了Ar气下激光诱导Cu等离子体的空间分辨发射光谱.采用的激光能量为350 mJ/pulse,波长范围为440~540 nm.在局部热力学平衡(LTE)条件下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体的电子温度在104K以上.研究了原子发射谱线强度、电子温度和半高全宽(FWHM)随空间、缓冲气体压力变化的规律.结果表明,在Ar气中压力分别为100 kPa和50 kPa相比,铜的原子特征谱强度降低而连续谱和氩离子谱线强度增加.同时缓冲气压的增大导致谱线展宽的增大.     

碱金属和碱土金属氟化物对元素谱线强度影响的机理

本文基于谱线强度公式,研究了碱金属和碱土金属氟化物对各种元素谱线强度的影响,也讨论了这些元素的谱线强度增强的机理。所得结果表明,电离度的降低是易电离元素的谱线强度增强的主要因素,对某些难电离的元素,谱线强度的增加,主要是因使用氟化物,电孤等离子体中,元素的浓度增加所致。某些难挥发的元素浓度的增加,是由挥发过程加快和扩散过程变慢所引起,而易挥发的元素浓度的增加,则由扩散过程变慢所造成。     

高频电感等离子体焰炬温度及钛元素激发温度的测量

根据光谱线的测量和波兹曼图解法,我们测量了高频电感等离子体焰炬的温度。在不同的观察高度和径向位置,由于谱线的强度不同,焰炬的温度也不同。钛元素的激发温度也是如此类似测得。     

中药材微量元素成分的LIBS检测

利用时间分辨的激光诱导击穿光谱技术对中药材炒泽泻样品进行了检测分析,测得了样品中的Mg,Al,Si,P,Ca,Ti,Mn,Fe,Co和C等10种元素.基于等离子体局域热动力学平衡假设,得到了等离子体的电子密度和温度,最后利用自由定标分析方法得到了9种元素相对于C的含量.结果表明激光诱导击穿光谱技术可以用于中药材微量元素的有效快速检测.     

温度和应变对InAs量子点荧光光谱的影响

文章主要研究了InAs量子点样品在不同测试温度、激发功率和应变条件下的光致发光(PL)光谱的变化,发现随着测试温度的升高,样品对应的谱线发生红移且光谱强度降低。随着激发功率的提高,样品的PL谱线位置发生轻微的变化,谱线的强度明显增加。在对样品施加0.5%应变后,衬底对应的PL谱线峰位发生微弱的红移,强度增强,而量子点对应的谱线发生微弱的蓝移,其发光强度降低。