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(wú)需復(fù)雜的樣品前處理、可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)原位檢測(cè)和遠(yuǎn)距離在線監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì),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(cè)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(lái),因鎳、鉻和鉛等有毒金屬帶來(lái)的水污染問(wèn)題引發(fā)了人們的熱切關(guān)注,LIBS技術(shù)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在液體樣品檢測(cè)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(wèn)題制約了LIBS技術(shù)在實(shí)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(qiáng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù),并對(duì)該技術(shù)應(yīng)用于液體樣品的分析性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。取得的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:（1）設(shè)計(jì)并搭建LIBS實(shí)驗(yàn)光學(xué)平臺(tái)。針對(duì)激光脈沖能量、延遲時(shí)間、光路傳輸系統(tǒng)、信號(hào)接收系統(tǒng)以及樣品位置等進(jìn)行最優(yōu)調(diào)控以避免光路系統(tǒng)的微小變化影響實(shí)驗(yàn)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(lái)源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)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(diǎn)代表一年中河流或湖泊中的濃度平均值）

西北大學(xué)碩士學(xué)位論文6作用于樣品表面，樣品表面的激光功率密度高達(dá)1GW·cm-2；待測(cè)定樣品表面被激光燒蝕的瞬間會(huì)有微克級(jí)的物質(zhì)被激發(fā)，同時(shí)樣品表面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)明亮的發(fā)光等離子體（瞬態(tài)溫度高達(dá)10000K），該等離子體主要由離子、原子、分子組成且呈電中性；當(dāng)?shù)入x子體的溫度逐漸降低時(shí)，處于激發(fā)態(tài)且不穩(wěn)定的原子或離子會(huì)發(fā)生從高能級(jí)到低能級(jí)的電子躍遷，釋放能量并輻射出特定波長(zhǎng)的光譜信號(hào)；通過(guò)對(duì)具有特定波長(zhǎng)的發(fā)射光譜進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)元素的定性（波長(zhǎng)位置）和定量分析（信號(hào)強(qiáng)度或峰面積）。從等離子體的時(shí)間演變過(guò)程上來(lái)講，激光誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體發(fā)射光譜的過(guò)程可分為以下三個(gè)階段：圖1-2等離子體在樣品表面的形成及傳播過(guò)程（1）等離子體的形成。如圖1-2所示，待測(cè)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(dòng)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(guò)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(jí)，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(jí)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(zhǎng)位置和強(qiáng)度（或面積）分別代表了待測(cè)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(xué)傳輸系統(tǒng)（反射鏡、聚焦物鏡等）、樣品臺(tái)、信號(hào)接收系統(tǒng)（準(zhǔn)直透鏡和光纖）、高分辨率光譜儀及檢測(cè)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(shí)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(shí)驗(yàn)裝置示意圖（1.激光器；2.控制系統(tǒng)；3.檢測(cè)器；4.光譜儀；5.光纖；6.準(zhǔn)直透鏡；7.反射鏡；8.聚焦物鏡；9.樣品臺(tái)）（1）脈沖激光器產(chǎn)生強(qiáng)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(duì)準(zhǔn)并聚焦在目標(biāo)樣品上；（3）樣品支架或容器（如果需要）用于放置樣品；（4）信號(hào)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(cè)系統(tǒng)；（5）檢測(cè)系統(tǒng)包括光譜儀和檢測(cè)器用于記錄并處理光信號(hào)；（6）計(jì)算機(jī)和其它電子設(shè)備用于控制激光器、光譜儀和檢測(cè)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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