双脉冲激光诱导击穿光谱技术及其应用

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种基于原子发射光谱学的物质组分分析技术,激光诱导击穿光谱技术已经成为光谱学领域的研究热点。尤其是近几年,LIBS技术发展迅速,出现了双脉冲激光诱导击穿光谱技术等,本文分为ns/ns-LIBS、fs/fs-LIBS、fs/ns-LIBS和不同激光脉冲组成结构等部分做简要评述,并给出利用飞秒激光等离子体丝-纳秒激光诱导击穿光谱技术(Filament-ns DP-LIBS)的优势。

铀元素的激光诱导击穿光谱测量分析

为促进LIBS技术在微量重金属元素检测以及核污染检测领域的应用,提高检测灵敏度和准确性,采用了激光双脉冲LIBS技术和光电双脉冲LIBS技术,分别对土壤和二氧化硅中的铀元素进行分析。首先,对激光脉冲能量、电压和采集延时等参数进行优化,提高铀元素特征谱线的强度和信噪比;然后在优化实验参数条件下,对含不同浓度铀元素的土壤样品和二氧化硅样品进行激发;选取UII 367.01 nm、UII 454.36 nm两条铀元素的特征谱线作为分析线,通过铀元素浓度与特征谱线强度的线性关系,建立定标曲线。双脉冲激光激发条件为:激光脉冲1作为预脉冲,主要参数为1064 nm,90 mJ,9.2 ns,激光脉冲2作为再加热脉冲,主要参数为355 nm,50 mJ,8 ns,两个脉冲的时间间隔800 ns,光谱采集相对第二个脉冲延时1μs,得到铀元素在土壤和二氧化硅两种样品中的浓度检测下限分别为572和110 mg·kg^(-1),拟合优度值R 2分别为0.958和0.999。在光电双脉冲激发条件下,激光脉冲作为预脉冲,主要参数为355 nm,50 mJ,8 ns,高压电脉冲作为再加热脉冲,主要参数为3900 V、方波、脉宽50μs,两个脉冲的时间间隔1μs,得到铀元素在土壤和二氧化硅两种样品中的浓度检测限分别为108和64 mg·kg^(-1),拟合优度值R 2分别为0.991和0.997。研究结果表明:在相同激发条件下,铀元素的特征谱线存在明显的基体效应,在二氧化硅样品中具有更高的光谱强度、更低的检测限和更高的拟合优度值;相比于激光双脉冲,光电双脉冲能显著增强铀元素特征谱线的强度、稳定性和提高信噪比,且光电双脉冲系统的光路更简单,这对于LIBS技术的发展以及应用具有重要参考意义。该研究方法和研究结果可为土壤重金属污染检测、核泄漏时土壤和气溶胶的应急监测提供技术支持。