激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）,作為一種新興的原子光譜分析方法,因其具有快速分析、無需復(fù)雜的樣品前處理、可實現(xiàn)現(xiàn)場原位檢測和遠距離在線監(jiān)測等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)勘探、冶金分析、文化遺產(chǎn)、珠寶鑒定、工業(yè)分析和環(huán)境監(jiān)測等諸多領(lǐng)域,并且逐漸發(fā)展并成為光譜分析領(lǐng)域內(nèi)的一種前沿性分析手段。近年來,因鎳、鉻和鉛等有毒金屬帶來的水污染問題引發(fā)了人們的熱切關(guān)注,LIBS技術(shù)因其獨特的優(yōu)勢在液體樣品檢測方面顯得非常有潛力。然而,與其它成熟的元素分析技術(shù)相比,等離子體淬滅導(dǎo)致靈敏度低的問題制約了LIBS技術(shù)在實際應(yīng)用中的發(fā)展。在此背景下,本論文研究了不同材料誘導(dǎo)的納米顆粒聚集增強激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù),并對該技術(shù)應(yīng)用于液體樣品的分析性能進行了評價。取得的主要研究成果和創(chuàng)新點如下:（1）設(shè)計并搭建LIBS實驗光學平臺。針對激光脈沖能量、延遲時間、光路傳輸系統(tǒng)、信號接收系統(tǒng)以及樣品位置等進行最優(yōu)調(diào)控以避免光路系統(tǒng)的微小變化影響實驗結(jié)果的重復(fù)性。根據(jù)LIBS的光譜信息篩選合適尺寸的金納米顆粒（Au nanoparticles,Au NP... 

【文章來源】：西北大學陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

972年至2017年按洲劃分的水中總重金屬濃度（點代表一年中河流或湖泊中的濃度平均值）

西北大學碩士學位論文6作用于樣品表面，樣品表面的激光功率密度高達1GW·cm-2；待測定樣品表面被激光燒蝕的瞬間會有微克級的物質(zhì)被激發(fā)，同時樣品表面會產(chǎn)生一個明亮的發(fā)光等離子體（瞬態(tài)溫度高達10000K），該等離子體主要由離子、原子、分子組成且呈電中性；當?shù)入x子體的溫度逐漸降低時，處于激發(fā)態(tài)且不穩(wěn)定的原子或離子會發(fā)生從高能級到低能級的電子躍遷，釋放能量并輻射出特定波長的光譜信號；通過對具有特定波長的發(fā)射光譜進行分析，可以實現(xiàn)待測元素的定性（波長位置）和定量分析（信號強度或峰面積）。從等離子體的時間演變過程上來講，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體發(fā)射光譜的過程可分為以下三個階段：圖1-2等離子體在樣品表面的形成及傳播過程（1）等離子體的形成。如圖1-2所示，待測樣品在高能脈沖激光束的燒蝕作用下，樣品表面的物質(zhì)因吸收能量而被加熱、熔化和蒸發(fā)，產(chǎn)生大量初始自由電子，初始自由電子繼續(xù)轟擊樣品中的其它原子產(chǎn)生新的自由電子，隨著激光能量密度的增大，新的自由電子繼續(xù)吸收能量轟擊周圍的原子，原子電離又產(chǎn)生新的電子，周而復(fù)始，這就造成了原子數(shù)的迅速倍增，直到停止激光脈沖為止，最終形成由原子、分子、離子等組成的高溫等離子體[69]。（2）連續(xù)光譜的形成。如圖1-2所示，激光脈沖停止后，等離子體的溫度逐漸降低，自由電子與離子發(fā)生碰撞后動能降低，并輻射出光子形成軔致輻射，自由電子與

第一章緒論7離子碰撞后，電子被離子捕獲形成中性粒子，并輻射出光子形成復(fù)合輻射；軔致輻射和復(fù)合輻射形成連續(xù)光譜，其中主要為等離子體中各元素電離線形成的連續(xù)背景譜線，一般該過程需要幾百納秒[70]。（3）原子光譜的形成。如圖1-2所示，由于原子和離子的電子分布處于不同的能級，處于激發(fā)態(tài)的原子和分子中的電子在分立的束縛能級之間躍遷形成代表原子特性的線狀光譜，即原子發(fā)射光譜；原子譜線的波長位置和強度（或面積）分別代表了待測元素的種類和含量，可作為定性和定量分析的根本依據(jù)[71]。1.4LIBS系統(tǒng)的重要組成部分LIBS是一種基于等離子體的原子發(fā)射光譜法（AES），其使用的儀器與其他AES方法相似。常規(guī)的LIBS系統(tǒng)主要包括：激光器、光學傳輸系統(tǒng)（反射鏡、聚焦物鏡等）、樣品臺、信號接收系統(tǒng)（準直透鏡和光纖）、高分辨率光譜儀及檢測器[70]。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ布膮?shù)配置要求是不盡相同的。因此，需要結(jié)合實際需求選取相應(yīng)的硬件。典型的LIBS設(shè)備如圖1-3所示，主要的部件作用描述如下：圖1-3LIBS實驗裝置示意圖（1.激光器；2.控制系統(tǒng)；3.檢測器；4.光譜儀；5.光纖；6.準直透鏡；7.反射鏡；8.聚焦物鏡；9.樣品臺）（1）脈沖激光器產(chǎn)生強大的脈沖激光用于誘導(dǎo)產(chǎn)生微等離子體；（2）反射鏡和透鏡等聚焦系統(tǒng)將激光脈沖對準并聚焦在目標樣品上；（3）樣品支架或容器（如果需要）用于放置樣品；（4）信號接收系統(tǒng)（透鏡或光纖）用于收集等離子體光并將其傳輸?shù)綑z測系統(tǒng)；（5）檢測系統(tǒng)包括光譜儀和檢測器用于記錄并處理光信號；（6）計算機和其它電子設(shè)備用于控制激光器、光譜儀和檢測器；任何LIBS系統(tǒng)的基本組件都是相似的，但組件規(guī)格和采樣方式需要根據(jù)特定應(yīng)


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