單光束分束專題講座課件

基于單光束分束技術(shù)的LIBS分析方法

專題講座提綱LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀1激光能量與樣品耦合效率2

影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)3

預(yù)期效果4一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LaserInducedBreakdownSpectroscopy)簡稱LIBS，是光譜分析領(lǐng)域內(nèi)的一種前沿性分析手段，憑借著分析速度快、儀器結(jié)構(gòu)簡單、無需樣品前處理和遠距離探測等優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用于油氣開采、地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測和深空探測等領(lǐng)域，被業(yè)界譽為在線分析技術(shù)的“明日之星”

，得到了國內(nèi)外知名分析儀器廠商和廣大學(xué)者的高度關(guān)注。然而在看到LIBS技術(shù)具有眾多優(yōu)勢的同時，也要正視LIBS技術(shù)存在的一些弊端：當(dāng)LIBS技術(shù)在進行微量元素或痕量元素檢測時，由于待測元素含量較低，其對應(yīng)的特征譜線信號強度較弱，有時甚至?xí)蜎]在背景信號中，導(dǎo)致LIBS技術(shù)存在分析精度較低和檢出限較高等缺點。一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀四川大學(xué)分析儀器研究中心

在LIBS分析技術(shù)中，譜線的信號強度決定了方法的分析精度和檢出限，因此國內(nèi)外許多學(xué)者圍繞著LIBS信號增強方法開展了大量工作，通過提高等離子體電離效率、延長等離子體生存周期、限制等離子體擴散空間和增強特征元素電離效率等方法，實現(xiàn)了LIBS信號增強，并取得了一定科研成果。（1）提升等離子體激發(fā)效率（2）延長等離子體生存周期（3）限制等離子體擴散空間（4）增強特征元素電離效率一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀（1）提升等離子體激發(fā)效率：

等離子體電離效率越高，譜線在單位時間內(nèi)的強度越大，因此研究人員在基本LIBS系統(tǒng)上額外增加一個激發(fā)源，通過二次激發(fā)提高等離子體電離效率。根據(jù)激發(fā)源的類型，可分為雙脈沖法和電極火花放電輔助法。一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀雙脈沖法一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀電機火花放電輔助法一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀（2）延長等離子體生存周期

研究人員發(fā)現(xiàn)，在基本LIBS系統(tǒng)上外加能量場可以有效延緩等離子體的衰減速率，提高等離子體的生存周期，因此通過增加檢測器的積分時間能夠獲得較強的光譜信號。根據(jù)外加能量場的類型，可分為微波場輔助法和磁場輔助法。一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀微波場輔助法一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀磁場輔助法一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀（3）限制等離子體擴散空間等離子體空間約束法采用特殊材料制成一定結(jié)構(gòu)的空腔，限制等離子體的擴散空間，增加等離體中離子的碰撞幾率，實現(xiàn)LIBS信號的增強。一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀（4）增強特征元素電離效率針對待測目標(biāo)元素特征，向樣品中摻入某種添加劑，可用于增強待測元素的電離效率，進而實現(xiàn)LIBS光譜信號的增強。該方法針對不同的元素摻入的添加劑也不同，而且為了保證樣品與摻入物質(zhì)的均勻混合，需要復(fù)雜的樣品前處理過程。一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀綜上所述，目前常見的LIBS信號增強方法可以有效提升LIBS信號的強度，達到了降低檢出限、提升分析精度的目的，但是在實現(xiàn)光譜信號增強的同時，卻犧牲了LIBS技術(shù)原有的儀器結(jié)構(gòu)簡單和無需樣品前處理這兩個主要優(yōu)勢。具體表現(xiàn)在以下兩個方面：一、LIBS信號增強方法研究現(xiàn)狀第一，方法（1）和方法（2）是通過外加激發(fā)源的方式，改善等離子體的激發(fā)效率和生存周期，儀器設(shè)備需要額外增加微波腔體、高壓脈沖電源或泵浦燈水冷系統(tǒng)等裝置，相比于基本LIBS儀器(僅采用一個激光器作為激發(fā)源)，儀器的體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且實現(xiàn)成本較高，不再適用于現(xiàn)場在線檢測。第二，方法（3）需要根據(jù)樣品的形狀制作不同的等離子體約束腔體，而且樣品表面需要進行打磨拋光處理，樣品前處理過程復(fù)雜；方法（4）為了使添加劑質(zhì)能與樣品進行均勻的混合，需要將樣品研磨、混合、壓片，樣品前處理過程同樣較為復(fù)雜。因此這兩種信號增強方法的分析測試周期較長，分析過程復(fù)雜度較高，無法滿足現(xiàn)場在線分析對于檢測時效性的要求。二、激光能量與樣品耦合效率目前研究人員往往采用增加外部激發(fā)源的方式提高LIBS系統(tǒng)的激發(fā)能量，但是卻忽略了基本LIBS系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)源的利用效率問題。LIBS雙脈沖技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀四川大學(xué)分析儀器研究中心

利用兩束具有一定時間間隔的激光脈沖激發(fā)待測樣品，實現(xiàn)物質(zhì)發(fā)射譜線的增強，進而達到降低檢出限的目的。二、激光能量與樣品耦合效率二、激光能量與樣品耦合效率四川大學(xué)分析儀器研究中心DP-LIBS分類(2)Air-SparkCollinear(3)Re-Heating二、激光能量與樣品耦合效率四川大學(xué)分析儀器研究中心Collinear2011年AC，主要應(yīng)用于在線檢測壓力水冷反應(yīng)堆中一次冷卻水的硼酸和氫氧化鋰的含量。二、激光能量與樣品耦合效率四川大學(xué)分析儀器研究中心Air-Spark&Re-heating二、激光能量與樣品耦合效率LIBS技術(shù)的奠基人D.A.Cremers在其專著《HandbookofLaser-InducedBreakdownSpectroscopy》指出：當(dāng)激光功率密度較高時，激光的脈沖前沿能量足以完成樣品的離子化，所產(chǎn)生的等離子體內(nèi)部存在一個吸收區(qū)，對激光的脈沖后沿能量起到一種屏蔽效應(yīng)，降低了激光脈沖的整體利用效率二、激光能量與樣品耦合效率三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(2)入射光程差三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(2)入射