激光诱导击穿铜特征谱线自吸收特性研究

应用Nd∶YAG脉冲激光器(532nm)作为光源,诱导激发TU0Cu样品。以光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件,在30~110mJ激光能量范围和触发后211~230μs时间范围内对Cu(Ⅰ)特征谱线324.754,327.396,510.554,515.324和521.320nm的自吸收特性进行比较研究。研究表明,特征谱线自吸现象随时间增加逐渐减弱,经过5~20μs逐步消失;在50~100mJ能量范围内,随着激光能量的增大,谱线的自吸收程度增加,持续时间变长。同时特征谱线的自吸收特性因谱线跃迁能级状态不同而存在差异,具有相同原子组态的324.754,327.396nm和515.324,521.320nm两组谱线的自吸收程度随时间和激光能量的演变以及自吸持续时间随能量的变化都分别表现出相似的特征,且总角动量J较大(324.754nm,1/2-3/2;521.320nm,3/2-5/2)的谱线自吸收程度相对明显,持续时间较长,受能量变化影响敏感,自吸收程度随能量变化幅度也较大。谱线510.554nm(3d^(10)4p-3d^94s^2)在能量小于80mJ时自吸程度较低,持续时间较短;能量在80~100mJ范围内时自吸程度加大,持续时间变长。

铜合金自体小孔约束等离子体辐射增强作用研究

为了提高激光诱导击穿光谱的质量,探索便捷的等离子体辐射增强方法,采用自体空间约束的方法,研究了铜合金自体小孔约束对激光诱导等离子体辐射的增强作用。在常压空气中,利用Nd:YAG脉冲激光器作为激发源,诱导激发HPb59-1铅黄铜合金样品,由光栅光谱仪和ICCD采集光谱,分析了Cu和Pb元素的等离子体辐射强度随自体小孔尺寸的变化情况,得到自体小孔约束的最佳尺寸为直径3.0 mm、深度1.5mm。与无约束时相比,Cu和Pb的谱线强度分别提高了38.3%和35.4%,信背比提高了200.2%和137.5%。研究结果表明,自体小孔约束方法能够有效改善激光诱导击穿铅黄铜合金样品的谱线质量,避免外加约束结构的内壁污染对实验结果的干扰,方法简单易行。

高背景噪声激光诱导击穿光谱数据分析方法研究

采用调Q脉冲Nd:YAG激光器二倍频波长532nm作为激光光源,应用多通道小型光栅光谱仪,采集了不同含量的铅黄铜合金样品和自制含有铬元素土壤样品未经延时处理的激光诱导击穿光谱数据。针对较高的背景噪声数据分别采用外定标法、参考元素内标法和背景内标法,对合金中Pb405.78nm和土壤中Cr425.44nm的特征谱线进行分析处理。经过比较研究表明,背景作内标数据分析方法得到的合金及土壤中测量元素含量曲线具有较高的线性相关系数,适用于分析处理高背景噪声光谱,可提高其分析的可靠性和精确度。

土壤中Cr、Cu元素谱线特性对LIBS的影响

利用激光诱导击穿掺杂Cr、Cu元素的自制土壤样品,对元素特征谱线的信背比随含量的变化情况进行对比分析,并选择常用谱线Cr(I)425.435 nm,427.481 nm、Cu(I)324.754 nm,327.396 nm,利用相应Fe谱线作为内标作出校准曲线,计算检出限,研究谱线跃迁能级的原子组态、角动量和跃迁几率等微观特性对校准曲线和检出限的影响。研究结果表明,信背比高的谱线得到的检出限相对较低,对元素检测更为敏感;谱线的信背比与谱线对应的跃迁几率无关。跃迁原子组态相同的谱线的信背比随含量变化显示出相同的变化趋势,其中角动量相对较大的谱线Cr(I)425.435 nm(4-3)和Cu(I)324.754 nm(3/2-1/2)激发状况较好,得到的校准曲线的线性拟合值也相对较高,检出限相比于角动量小的谱线Cr(I)427.481 nm(3-3)和Cu(I)327.396 nm(1/2-1/2)分别降低了11%和42%,对元素检测的灵敏度更高,更适合作为元素检测的特征谱线。

激光诱导熔穴对土壤等离子体辐射特性的影响

采用Nd∶YAG脉冲激光器输出单脉冲序列激光重复作用于土壤样品表面同一位置使其形成熔穴,由光栅光谱仪和ICCD采集每个激光序列脉冲的等离子体发射光谱,研究了激光诱导熔穴对土壤样品等离子体辐射特性的影响。实验结果显示,在熔穴的约束作用下,Cr和Pb元素的谱线强度和信背比都随激光序列脉冲个数的增加呈先增大后减小的变化趋势;熔穴约束的最佳尺寸为直径1.0 mm、深度2.5 mm。随着激光脉冲个数的增加,FeⅠ422.64 nm自吸程度逐渐降低直至消失。研究结果表明,在熔穴孔径的约束作用下,谱线强度和信背比大幅提高,等离子体电子温度升高,有效地降低了谱线的自吸程度。