基于激光剝離（laser-ablation,LA）的固體樣品直接采樣和元素分析技術(shù)一直是處于分析科學(xué)領(lǐng)域前沿的研究課題,激光誘導(dǎo)擊穿光譜（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）技術(shù)就是一個(gè)典型的代表。LIBS技術(shù)具有無(wú)需復(fù)雜的樣品準(zhǔn)備過(guò)程、分析速度快、可實(shí)時(shí)在線或遠(yuǎn)程分析以及可以分析任何形態(tài)樣品、任何元素的優(yōu)點(diǎn),因而在包括材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境科學(xué)、考古學(xué)、空間探測(cè)等領(lǐng)域均獲得了廣泛的應(yīng)用。然而LIBS技術(shù)也存在一些典型的不足之處。進(jìn)一步提高LIBS技術(shù)的光譜分析性能,包括光譜分析的靈敏度、分析速度和定量分析精度一直是國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本文本著改善現(xiàn)有LIBS技術(shù)的光譜分析靈敏度和提高分析速度、實(shí)現(xiàn)更為便利的光譜分析的目的,首次在國(guó)際上提出了高重復(fù)頻率（簡(jiǎn)稱“高重頻”）激光剝離-火花誘導(dǎo)擊穿光譜（High repetition rate laser-ablation spark-induced breakdown spectroscopy,HRR LA-SIBS）這一新的光譜分析技術(shù),并先后采用了聲光調(diào)Q Nd:... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

激光誘導(dǎo)擊穿光譜原理圖

第一章緒論17HRRLIBS方面的一些代表性的研究工作有：Eland等人對(duì)飛秒激光器的物理性能以及空間分辨能力（圖1-7）進(jìn)行了探究[138]，該小組通過(guò)使用脈寬為140fs的激光進(jìn)行激發(fā)，研究了激光脈沖能量對(duì)LIBS技術(shù)中的等離子體發(fā)射強(qiáng)度和平均溫度的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與納秒激光激發(fā)相比，采用飛秒激光激發(fā)具有多個(gè)優(yōu)勢(shì)，不僅具有高空間分辨的潛力，還由于等離子體的連續(xù)背景較小，使得使用非門控探測(cè)器來(lái)直接記錄光譜并用于元素分析成為可能。圖1-7通過(guò)使用不同能量的脈寬為140fs的激光在鋼樣品表面燒蝕的凹坑的SEM圖像。其脈沖能量分別為（A）0.26，（B）0.38，（C）0.46，（D）0.50，（E）0.65，（F）0.81，（G）0.87和（H）0.94mJ[138]Gill小組在采用飛秒激光器開展的高重頻LIBS中研究了熱的積累與消散對(duì)光譜信號(hào)的影響[139]。該小組還研究了飛秒激光的重復(fù)頻率對(duì)骨燒蝕寬度、樣品溫度和LIBS技術(shù)信號(hào)的影響，獲取了飛秒激光燒蝕骨骼樣品后的SEM圖（圖1-8），分析了信號(hào)強(qiáng)度和背景的變化，并分析了骨骼的溫度分布情況。國(guó)內(nèi)的Gao等人利用飛秒激光絲-激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)土壤中的重金屬Cr元素的含量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究[140]。他們利用熒光法對(duì)等離子體絲的長(zhǎng)度進(jìn)行了測(cè)量，給出了在不同焦距聚焦透鏡作用下土壤中CrI425.5nm的譜線強(qiáng)度空間分布，并實(shí)驗(yàn)得到了Cr元素的定標(biāo)曲線。結(jié)果顯示，利用飛秒激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)土壤中重金屬Cr元素進(jìn)行檢測(cè)的檢出限為7.85ppm。

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文18圖1-8用重復(fù)頻率分別為1kHz（a，c）和33kHz（b，d）的飛秒激光燒蝕的骨骼的SEM圖像[139]Porizka等人基于聲光調(diào)QNd:YAG納秒激光器建立了小型化LIBS實(shí)驗(yàn)裝置，在高重復(fù)頻率的工作模式下，采用基于聲光調(diào)制器（Acousto-opticalmodulator，AOM）的門控信號(hào)檢測(cè)裝置對(duì)鋁合金中微量元素Mg進(jìn)行定量分析，建立了校正曲線并計(jì)算了檢出限，得到Mg元素的檢出限約為0.13wt.%[141]。與采用非門控信號(hào)檢測(cè)裝置相比（檢出限為0.625wt.%），分析靈敏度有了進(jìn)一步的改善。Cristoforetti等人為了減小實(shí)驗(yàn)裝置尺寸、建立適合原位分析的便攜式激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析系統(tǒng)，利用了聲光調(diào)QNd:YAG小型激光器作為剝離光源來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究[142]。在高重頻LIBS中，用普通CCD在非門控的信號(hào)采集模式下記錄光譜，他們對(duì)比了采用配備了ICCD光電探測(cè)器的中階梯光譜儀和配備非增強(qiáng)型CCD的光譜儀的分析性能，研究發(fā)現(xiàn)后者不僅體積比中階梯光譜儀要小得多，而且檢測(cè)速度更快，成本更低。對(duì)10個(gè)經(jīng)認(rèn)證的含有Mg、Mn、Fe、Si、Ni、Ti和Cu等微量元素鋁標(biāo)樣進(jìn)行了定量分析，建立了校正曲線，并分別計(jì)算了采用兩種實(shí)驗(yàn)裝置得到的所有微量元素的檢出限。由于光譜中存在較高的背景信號(hào)干擾，使用增強(qiáng)型光電探測(cè)器獲得的檢出限比使用非增強(qiáng)型光電探測(cè)器獲得的檢出限要好2-7倍。Freedman等人利用微片激光器聯(lián)合手持式光譜儀建立了一套緊湊易操作的激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析系統(tǒng)對(duì)鋁合金樣品進(jìn)行定量分析，通過(guò)透鏡聚焦燒蝕樣品后產(chǎn)生了10

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3254023