基于激光诱导击穿光谱对钛元素自吸收效应的分析

为了减小谱线自吸收效应对样品物质中元素定量分析带来的干扰,提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对钢铁中微量元素的检测准确度和精度,以攀钢生铁标准样品作为研究对象,选取Fe(Ⅰ)438.4 nm、Fe(Ⅰ)347.6 nm作为内标线,以原子线Ti(Ⅰ)506.5 nm、离子线Ti(Ⅱ)334.9 nm作为分析线,对Ti元素谱线的自吸收效应进行校正,分别建立内定标曲线,并建立了相应的量化模型。先通过指数函数拟合定标曲线来表征自吸收效应,然后对自吸收效应进行校正。自吸收校正后,Ti两组定标曲线的决定系数R 2分别从0.882增加到0.994、0.881增加到0.917,分别提高了12.7%和4.0%。定量分析时,2#和5#样品用于验证,结果显示两验证样品中Ti预测浓度的相对误差都降低到了10%以内,预测浓度的相对误差分别减少了72.01%、97.10%,测量精度得到明显提高,并且自吸收校正后的预测浓度近似于等于标准浓度。实验表明,通过指数函数拟合定标曲线的方式来量化自吸收效应,并对其进行校正的方法可以提升对Ti的分析精度,方法为通过探索改善自吸收效应来提高LIBS技术的定量分析性能提供了参考依据。

纳秒激光诱导等离子体发射光谱中的自吸收效应

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应,提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平,实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体,比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明,在无平面反射镜装置时,样品元素Al,Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16,0.24,0.058nm,而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11,0.13,0.047nm。结果表明,光谱线的自吸收明显减小,谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片,测量等离子体温度和电子密度,分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。

LED光通量测量中的自吸收效应及校正

介绍了积分球测量中光源体的自吸收效应,提出了两种校正方法。自吸收效应的校正有助于降低用积分球测量光通量的不确定度。

光泵远红外激光自吸收效应和散射损耗的修正

提出了光泵远红外激光理论自吸收修正项的计算方法,发现其中应包括一项与工作气体压强有关的修正项,它能使实践结果与理论计算很好地符合。

放射性气态光源自吸收效应研究

放射性气态光源是利用密封在玻璃腔内的放射性气体衰变发出的β射线激发附着在玻璃管内壁上的荧光涂层而发光,根据发光机制,放射性光源的自吸收效应是影响光输出特性的因素之一,包括气体对β粒子能量的自吸收、放射源在荧光层中的沉积能量和荧光层对光输出的自屏蔽三个方面。研究和优化放射性光源的自吸收效应,是提高放射性气态光源的光亮度的研究重点。文章对此三方面进行理论分析,结果表明,放射性气态光源的自吸收效应随着放射性气体压力和荧光层厚度的增加而越来越明显,导致其光输出特性的减弱;通过对涂层结构的优化,降低了放射性光源自吸收效应的影响。

激光诱导击穿光谱自吸收效应校正方法的研究进展

激光诱导击穿光谱作为一种新型的物质成分检测技术,具有快速、实时、微损、原位、多元素同时分析等优势,目前在环境监测,食品安全,选矿冶金,生物医疗,太空探测等多个领域都具有广泛应用。然而,由于元素谱线的自吸收效应,使得激光诱导击穿光谱谱线强度降低,严重时甚至会使特征谱线峰型产生凹陷(即“自蚀”现象),定标曲线变弯曲,导致该技术的元素检测精准度变差,从而无法实现大规模商业应用。因此,对激光诱导击穿光谱自吸收效应及其校正方法的探索,一直以来是学者们研究的热点。综述了自吸收效应校正方法的研究进展,分析了自吸收效应产生的物理机制,分别从实验参数优化、物理辅助装置、自吸收模型和校正算法等多个角度对自吸收效应的几种主要校正方法进行了归纳和总结,并对其优势和缺点进行了对比分析,其中实验参数优化具有原理简单、易操作的优势;能态选择性共振激发自吸收效应抑制效果稳定;微波辅助激发成本较低,可同时对多元素实现自吸收抑制;自吸收系数法可直接量化自吸收效应强弱,计算步骤简便且所需等离子体参数较少;基于内参考线的自吸收校正算法计算效率高,校正效果明显;光学薄法可直接获取光学薄等离子体谱线,避免理论误差。最后,对自吸收效应未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

不同离焦量延时时间参数对激光诱导击穿光谱特征及自吸收效应的影响

为了提高激光诱导击穿光谱技术对微量元素定量分析的精度,降低谱线自吸收效应的干扰,实验以攀钢生铁标准样品中的Mn元素作为研究对象,探索激光诱导击穿光谱特征和自吸收效应随着不同离焦量及延时时间参数的变化规律;通过分析不同延时时间和不同离焦量下等离子体光谱强度、等离子体温度、定标曲线决定系数R2和自吸收系数的变化趋势,来寻找最佳延时时间与最佳离焦量。结果显示,定标曲线决定系数R2随着延时时间的增大总体呈下降趋势,随离焦量的增大是先急剧增加再缓慢减小,在离焦量为-2.5mm时达到最大值0.9988;自吸收系数随延时时间的增大逐渐减小,随离焦量的增加是先增大后减小,在-3.75mm时自吸收效应最弱。综合可得,最佳延时时间条件为2μs左右,最佳离焦量在-2.5^-3.75mm范围内。结果表明,通过不断调整和优化系统参数,能够在一定程度上降低自吸收效应,提高定量分析的精度。该实验为探索系统参数对激光诱导击穿光谱特征和自吸收效应的影响提供了一种新的途径和参考依据。

光泵远红外激光的自吸收效应的研究

在研究光泵远红外激光器工作参数优化和工作气体压强最佳值时发现:工作气体压强与远红外激光样品管长度成反比关系;但在高气压区域,理论计算和实验值之间是不相符的。这是因为理论计算中采用的是理想化的三能级系统模型,忽视了三能级之外的分子能级间量子跃迁的作用。因此,特别当工作气体压强较大时误差特别明显。这误差可以通过考虑系统的自吸收效应。

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.

分光光谱法与光度法测量灯具光通量自吸收效应补偿的差异

利用积分球比较法测量灯具光通量时,常采用分光光谱法和光度法,这两种方法都需要引入修正系数以补偿灯具自吸收效应造成的光通量损失。研究了分光光谱法和光度法测量灯具光通量自吸收效应补偿的差异,从两种方法测量灯具光通量的基本原理出发,得到了光通量修正值的表达式。通过实验测量数据和理论分析,探讨了不同光谱分布的辅助灯对两种方法测量灯具光通量的影响。研究结果表明,分光光谱法测得的光通量修正值与辅助灯相对功率分布无关,光度法测得的光通量修正值与辅助灯相对功率分布有关,分光光谱法选择不同光谱的辅助灯测得的光通量修正值具有唯一性,而光度法选择不同光谱的辅助灯测得的光通量修正值不同。

光源光通量测量中自吸收效应的影响

光通量是光源重要的性能参数。主要研究了自吸收效应在不同光源光通量测量中的影响。同时对测试过程中出现的问题进行了分析说明,特别是如何获得准确的自吸收系数。通过试验发现,采用辅助灯来进行自吸收修正,能够得到更准确的光源光通量值。

PuO_2颗粒对自发α射线的能量自吸收效应评估研究

构建PuO_2颗粒状α发射体的球体几何模型,采用蒙特卡罗和射程经验公式模拟计算α射线在PuO_2颗粒中的射程能量关系式及α射线从PuO_2颗粒表面出射的能谱分布,研究因PuO_2颗粒对自发α射线的能量自吸收效应导致的对人体内照射剂量评估的影响。研究结果表明,PuO_2粒径越大,其对自发α射线的能量自吸收效应越明显,内照射剂量的修正效果越好;当PuO_2粒径在2μm以上时,内照射剂量的修正效果大于5%。本研究的结果对吸入放射性物质所致人体内照射剂量的准确估算有重要的参考价值,并可应用于放射性核素肿瘤治疗等领域的微剂量学研究。

氚钛源膜电子出射特性及衰减效应的预测与验证

为研究辐射伏特效应氚核电池中氚钛源膜电子出射特性及其随时间的性能衰减,对源膜内氚衰变电子的输运与出射行为进行了深入研究。通过捕捉拟合及离散化处理获取离散型数字化氚衰变电子能谱,采用蒙特卡罗方法对源膜表面活度密度和电子出射功率的自吸收效应及衰减效应进行分析。同时,通过氚成像法的样品检测,验证模拟模型的可靠性。研究结果表明,随着源膜厚度增加,电子出射能谱峰值向高能区偏移直至8 keV附近;膜厚增加,导致自吸收效应增强、氚源能量浪费,源膜厚度不宜超过1000 nm;在特征参数(1000 nm厚、T/Ti比=1.9)下氚钛源膜具有519.5 mCi/cm^(2)的总活度密度,理论上可提供46.6 mCi/cm^(2)的表面活度密度以及2243.9 nW/cm^(2)的电子出射功率密度;考虑氚的衰减效应,特征参数源膜使用15 a后可提供约1000 nW/cm^(2)的电子出射功率密度。

Voigt函数拟合的LIBS谱线自吸收校正方法在磷矿镁元素分析中的应用

MgO含量是磷矿浮选过程中最为关注的指标之一。实现浮选过程中MgO含量的快速检测,对于优化浮选过程、提高效率、降低成本有着非常实际的意义。因此, LIBS技术被引入到了磷矿中镁元素含量的分析。常用于LIBS分析的Mg元素特征谱线(如MgⅡ279.6 nm,MgⅡ280.3 nm, MgⅠ285.2 nm)多为共振线,谱线强度易受自吸收效应影响,导致谱峰强度下降,影响分析准确性。提出一种基于近似Voigt函数的拟合方法:首先通过近似函数对Voigt函数进行简化;再通过低含量样本确定谱峰中心和理想条件下的半峰宽;进而通过计算谱峰所在区域线型的斜率,确定用于拟合的谱翼区域;最终通过对谱峰两翼受自吸收效应影响较小的光谱进行拟合,得到更接近理论线型的谱线。在定量分析磷矿样品中的镁元素含量应用中,使用拟合后的MgⅠ285.2 nm谱线区域面积作为分析谱线强度,以拟合的Si 288.2 nm谱线区域面积作为参考谱线强度,使用内标法对镁元素含量进行了标定。对比未拟合直接内标的方法,该方法的标定确定系数(R^2)由0.923提升至0.998,均方根误差(RMSE)和平均相对误差(ARE)分别由0.96, 38.65%下降到0.16, 2.79%,说明该方法使磷矿镁元素定量分析的整体测量准确性得到了有效的提升。

基于共振与非共振双线的自吸收免疫LIBS技术研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析中的自吸收效应不仅会降低谱线强度和增加线宽,而且使定标结果饱和,从而影响最终的分析精度。为了消除该效应的影响,提出了一种基于共振双线与非共振双线选择的自吸收免疫激光诱导击穿光谱(SAF-LIBS)技术,通过比较所测谱线强度比值和理论强度比值来确定等离子体的光学薄时刻,并使用共振线与非共振线来拓展元素含量的可测量范围。该技术可以分为定标和定量两个分析过程,其定标过程为:计算待测元素的共振双线及非共振双线的理论强度比,通过对比不同待测元素含量样品的共振双线及非共振双线在不同延时下的强度比和理论比,确定等离子体的光学薄时刻;使用一系列标准样品建立LIBS非共振线的单变量定标曲线;利用准光学薄谱线建立共振线和非共振线的SAF-LIBS单变量分段定标曲线。其定量分析过程为:先用非共振线和LIBS定标曲线确定未知样品所属的含量分段,再用准光学薄谱线以及与所属分段的共振或非共振SAF-LIBS定标曲线完成定量分析。对Cu元素的单变量定标结果表明,对于共振线,最佳延时随着样品含Cu量的增加而增加,且只有当含Cu量低于0.05%时,才可能获得准光学薄的共振线,而随着Cu含量的增加,自吸收变得非常严重,以至于无法获得光学薄的共振线;对于非共振线,当含Cu量在0.01%~30%范围内,均可获得准光学薄的非共振谱线,而当Cu含量大于50.7%时,将无法在等离子体寿命期内捕获到光学薄谱线。对Cu元素的定量分析结果表明,基于共振双线与非共振双线的自吸收免疫LIBS技术可以有效地避免自吸收效应的影响,各分段定标曲线的线性度均大于0.99,对两个未知样品中Cu元素含量的绝对测量误差分别为0.01%和0.1%,探测限达到了1.35×10-4%,最大可测量范围拓展至50.7%。

基于黑体辐射提高自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)定量精度的方法

自由定标激光诱导击穿光谱(Calibration-Free LIBS,CF-LIBS)技术是定量分析行业发展的主要趋势之一。该技术可直接基于局部热力学平衡等离子体模型,通过LIBS光谱数据和谱线参数计算出等离子体参数和各元素含量。且无需使用标准样品建立定标曲线,该技术不受基体效应的影响,非常适合实时、在线和多元素同时分析。但由光学厚而引起的自吸收效应是影响定量分析的重要因素。通过对比实验光谱数据与黑体辐射强度,研究等离子体温度,提高光学系统收集效率,抑制自吸收效应对CF-LIBS定量结果的影响。经过黑体辐射校正后,基体元素Fe的测定含量从88.700%提升到94.575%,相对误差(RE)从8.072%降低到1.984%。微量元素Cr、Mo和V的测定含量分别从0.635%、0.096%和0.023%降低至0.698%、0.143%和0.022%,相对误差(RE)从13.723%、45.455%和21.053%降低至5.163%、18.75%和15.789%。整体的平均绝对误差(MAE)从1.994%降低至0.497%。玻尔兹曼图拟合回归曲线有了更高的线性度。拟合系数R 2分别从0.95531、0.82966、0.45217和0.54493提升至0.99620、0.99231、0.99882和0.97269。结果表明,相较于传统的CF-LIBS,经过黑体辐射参考校正自吸收(BRR-SAC)后,合金样品中的各元素定量准确度均有明显提高,为抑制自吸收效应提高CF-LIBS定量精度研究提供了理论指导。

原子吸收光谱中的背景吸收及仪器校正技术的发展

介绍了火焰原子吸收光谱 (FAAS)和石墨炉原子吸收光谱 (GFAAS)背景吸收干扰的特点 ,讨论了氘灯连续光源背景校正、塞曼效应背景校正、自吸收效应背景校正的原理和优缺点 。

考虑电子吸附效应的低电离层加热研究

基于低电离层自洽加热模型,综合考虑了低电离层中电子的复合效应及典型吸附效应,本文数值仿真了大功率高频无线电波持续加热低电离层所产生的电子温度、电子密度的扰动,并且首次模拟分析了由于电子温度扰动造成的加热电波自吸收效应.结果表明:电子吸收大功率加热电波能量导致了电子温度的增加,同时改变了电离层的吸收指数,引起了加热电波的自吸收效应.加热电波的自吸收效应对低电离层较高区域的电子温度扰动有重要的抑制作用.因此,随着加热频率的减小或有效辐射功率的增大,低电离层较低区域的电子温度增量明显增大而在高度100km以上区域的电子温度增量始终较小.另一方面,随着电子温度的增加,电子的复合系数减小而电子的吸附系数增加,导致了电子密度在低电离层中较高区域出现正扰动而在较低区域出现负扰动.当饱和电子温度较大时,继续减小加热频率或增大有效辐射功率对电子密度扰动所造成的改变较小,尤其当电子温度超出复合系数和吸附系数的温度敏感区间.此外,电子温度与电子密度的饱和时间相差较大,电子温度的饱和时间为微秒量级而电子密度的饱和时间为秒量级.

LIBS对煤中热值检测的新型校正模型

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤中热值的检测。针对传统的通道面积归一化方法未能考虑煤质检测的物理/化学机制、从而限制了所建模型在精确性、准确性、可重复性的情况,提出了一种新型的基于光谱偏差产生原理的校正模型。模型选取了19组煤样品,随机选择其中15组为校正集,用于建立热值的定量分析模型,剩余四种为预测集,用于对所建模型进行检验与评价。模型从光谱偏差因素的产生因素出发,通过原子光谱发射理论结合斯塔克展宽公式,推导出LIBS条件下自吸收效应的影响机制及其所引起的偏差的修正方法。通过元素间相互干扰结合基体效应的微观机理对基体效应进行光谱的偏差分析,并根据K系数法的思路对LIBS中元素间相互干扰进行修正,通过建立光谱的电子密度,等离子体温度,元素浓度的数值模型对基体效应引起的光谱偏差进行深度修正。因而经过自吸收效应—元素间相互干扰-基体效应深度修正后,模型对于所研究样品范围内其拟合优度R^2=0.967,RMSEP=0.49 MJ·kg^(-1),RMSE=0.45 MJ·kg^(-1),MRE=2.42%,ARE=1.64%的同时RSD=5.79%,RSDP=8.10%。相对于传统的通道面积归一化-多元线性回归方法的0.405,8.28 MJ·kg^(-1),4.14 MJ·kg^(-1),22.85%,52.48%,18.28%,32.85%,表明测量的精确度与准确度都得到明显的提高,证明该模型具有很好的应用价值。

14MeV中子穿过组合材料引发^(238)U绝对裂变率的测量

为检验计算方法与参数 ,用小型平板铀裂变室测量了铁球壳表面沿赤道方向不同位置 1 4MeV中子穿透实验模型后引起的2 38U绝对裂变反应率 ,并与MCNP/4A和ENDF/B V库数据计算结果相比较。实验总误差为 6.1 %。