内标元素强度筛选法在激光诱导击穿光谱定量分析土壤标样中铁钛锶的应用

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术进行光谱定量分析时,由于实验条件不稳定造成的测量结果检出限高、测量精确度低的问题一直是一个亟待解决的难题。实验选取地质矿产部化探分析质量监控站的标准土壤样品为分析样品,以波长为1 064nm的Nd∶YAG激光器为激发光源,脉冲重复频率1Hz,通过激光诱导击穿光谱实验装置采集土壤样品在420~440nm范围内的等离子体光谱图。采用以内标法为基础的数据平均处理和内标元素强度筛选法(即以选定的内标元素谱线强度为参考,进行数据筛选)处理数据分别分析了待测样品中的Fe、Ti和Sr元素的含量并进行了对比,利用内标元素强度筛选法测得Fe、Ti和Sr的质量分数分别为68.4mg/g、10 777μg/g和75.5μg/g,相对误差由平均法测得的10.60%、3.20%和8.57%降低为2.01%、0.21%和1.95%。说明内标元素强度筛选法处理数据可以减少数据处理量,简化数据处理过程并提高分析精度,尤其适用于激光能量输出不稳定、时间延迟较难控制的实验条件下的物质成分定量分析。

激光诱导击穿光谱法铁基合金谱线选择研究

内标法是激光诱导击穿光谱(LIBS)最常用的定量分析方法之一。为了提高定量分析精度,研究了谱线强度比的相对波动特性随分析线和内标线之间激发能级差(ΔE)和波长差(Δλ)变化的规律。在局部热力学平衡条件下,建立了考虑等离子体中某元素电子上能级跃迁到下能级产生原子发射谱线的激发能级差、等离子体温度、配分函数和离子密度等强度影响因素的数学模型,对模型中激发能级差对谱线强度相对波动的影响进行了研究。得到在-2eV<ΔE<2eV和等离子体温度范围在3 000～15 000K条件下,谱线强度随着ΔE和T变化的趋势:随着ΔE变大,谱线强度比呈上升,在ΔE=2eV,T=3 000K时谱线强度比最大;并且谱线强度比相对波动对ΔE和T敏感,ΔE趋近于零时相对波动变小,T对谱线强度比相对波动影响变化不大,整体趋势平稳。在T=10 000K时,ΔE<0相对波动比ΔE>0时小,因此理论上优先选择ΔE<0的谱线对。通过理论分析得出|ΔE|越接近于零,谱线强度比相对波动越小。实验装置中采用工作波长1 064nm,脉冲能量85mJ,重复频率1Hz,脉冲宽度13ns的Nd∶YAG脉冲激光诱导击穿样品;采用工作波长200～975nm,光学分辨率优于0.05nm的Andor公司Mechelle 5000光谱仪,配合Andor New iStar型号ICCD采集光谱;利用激光诱导铁基合金等离子体光谱进行验证。实验中,以Fe为内标元素,Cr和Mn为分析元素。筛选NIST谱线库中跃迁概率在106以上的谱线,并优先选择共振线能级差相近的非共振线进行对比分析。结果表明,选择激发能级相近或波长相近的谱线作为分析谱线的原则有一定的局限性。对于Cr和Fe,|ΔE|在0.14和1.51eV时得到的谱线强度相对标准偏差(RSD)分别为6.7%和4.6%,其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.14和0.59;|Δλ|在11.7和50.8nm时得到的RSD分别为6.3%和4.4%,其谱线强度比理论值和实际值之差分别为1.69和0.62。分析表明,相比于波长差,激发能级差对Cr/Mn相对波动影响较大。分析元素Cr/Mn与内标元素Fe波长差绝对值不断增大,RSD反而不断减小;在1.50eV和90nm较大约束范围内,|ΔE|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小,Cr和Fe的RSD最大相差为2.06%;|Δλ|大的谱线得到的谱线强度比相对波动相对较小,Cr和Fe的RSD最大相差为1.35%。由以上实验结果得出,在实际选择分析谱线时,尽量选择激发能级和波长相近的谱线原则有一定的局限性。|ΔE|或|Δλ|大的谱线得到的RSD较小,选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线可以作为谱线选择依据。另外,选择谱线强度比理论值和实际值最接近的谱线,可以降低谱线强度比相对波动。

脉冲调制磁化容性耦合放电中Ar^+光谱特性研究

本文在平行平板脉冲调制容性耦合射频放电装置中,采用光学发射谱线诊断的方法,研究了低气压(30 Pa^65 Pa)不同磁场强度条件下氩气(Ar)放电时产生等离子体过程中电子激发温度以及Ar离子的光谱线相对强度随气压、射频功率、调制频率、占空比和磁场强度大小的变化规律。

不锈钢CO_2激光焊接等离子体行为特性实验研究

采用3.5kW Slab CO_2激光焊接不锈钢,利用高速摄像观测焊接等离子体形态,采用光谱仪探测等离子体光谱,并利用相对强度法计算等离子体电子温度。结果表明:在氦气保护下,等离子体高度随时间周期性振荡,振荡频率约为530Hz;熔池表面附近等离子体的温度为8392K左右。进一步分析表明,等离子体对入射激光的吸收不足10%;等离子体周期性振荡对焊接过程稳定性影响不明显。