激光能量对粉煤灰未燃碳测量的影响

搭建了基于激光诱导击穿光谱技术的成分分析应用研究台架,应用于粉煤灰未燃碳的检测,考察不同能量的脉冲激光烧蚀粉煤灰样品时的等离子体特性。使用多通道光纤光谱仪和CCD探测器对激光烧蚀形成的等离子体发射信号进行分光和探测。分析碳谱线强度、等离子体温度和电子密度随激光能量变化的趋势,掌握激光能量对粉煤灰未燃碳测量的影响规律。研究结果显示,随着激光能量的增大,碳谱线强度、等离子体温度和电子密度均先增大后减小,空气击穿明显增强。随后碳谱线强度的变化趋于平缓并开始下降。合适的激光能量可以增强等离子体发射信号,并避免强烈空气击穿的不利影响,有助于提高测量精度。     

自由定标激光诱导击穿光谱技术在炉渣成分定量分析中的应用

采用自由定标激光诱导光谱技术(CF-LIBS)对炉渣中几种主要成分(CaO,SiO2,Al2O3,MgO)进行了定量分析.利用Nd:YAG激光脉冲在空气中烧蚀炉渣样品产生等离子体,等离子体光谱由中阶梯光栅光谱仪记录.通过几种主要元素的原子谱线和离子谱线的玻尔兹曼图,计算了等离子体的温度.利用Ca的一条谱线Stark展宽...     

激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究

空气等离子体的时间行为对空气环境下激光诱导等离子体形成过程的研究有重要意义.本文将纳秒Nd:YAG脉冲激光(1064 nm)聚焦于一个大气压的空气中,诱导其产生等离子体.利用具有纳秒时间分辨功能的PI-MAX-II型ICCD,采用时间分辨光谱方法,研究了大气环境下激光诱导等离子体的时间行为.大气环境下的激光诱导等离子体光谱广泛分布于300—900 nm范围内,并且是由带状光谱和线状光谱叠加而成的.根据美国国家标准与技术研究院原子发射谱线数据库,对等离子体光谱中的氧、氮、氢等元素的特征谱线进行了识别和归属.给出了激光诱导击穿大气等离子体光谱随时间演化的直观图像,根据空气等离子体发射谱线计算了等离子体电子温度和等离子体电子密度.这些结果对于提高在大气环境下进行的在线测量结果的准确性和精确性具有重要的科学意义.     

气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响

环境气体的压强对激光诱导等离子体特性有重要影响.基于发射光谱法开展了气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性影响的研究,探讨了气体压强对空气等离子体发射光谱强度、电子温度和电子密度的影响.实验结果表明,在10-100 kPa空气压强条件下,空气等离子体发射光谱中的线状光谱和连续光谱依赖于气体压强变化,且原子谱线和离子谱线强度随气体压强的变化有明显差别.随着空气压强增大,激光击穿作用区域的空气密度增加,造成激光诱导击穿空气几率升高,从而等离子体辐射光谱强度增大.空气等离子体膨胀区域空气的约束作用,增加了等离子体内粒子间的碰撞几率以及能量交换几率,并且使离子-电子-原子的三体复合几率增加,因此造成原子谱线OⅠ777.2 nm与NⅠ821.6 nm谱线强度随着气体压强增大而增大,在80 kPa时谱线强度最高,随后谱线强度缓慢降低.而离子谱线N Ⅱ 500.5 nm谱线强度在40 kPa时达到最大值,气体压强大于40 kPa后,谱线强度随压强增加而逐渐降低.空气等离子体电子密度均随压强升高而增大,在80 kPa后增长速度变缓.等离子体电子温度在30 kPa时达到最大值,气体压强大于30 kPa后,等离子体电子温度逐渐降低.研究结果可为不同海拔高度的激光诱导空气等离子体特性的研究提供重要实验基础,为今后激光大气传输、大气组成分析提供重要的技术支持.     

等电子法测量小能量激光打靶等离子体电子温度

以低Z的CHO薄膜作为样品靶，在星光激光装置上以小能量激光辐照样品靶产生温度较低的等离子体，采用每毫米2400线的平焦场光栅谱仪测量等离子体发射的碳和氧离子发射谱线强度比，并与理论计算相应线强比较，获得了电子温度，建立了等电子法测量较低温度(100eV左右)等离子体电子温度的诊断技术. 关键词： 电子温度 激光等离子体 等电子x射线谱法     

激光诱导Ca等离子体温度的实验研究

 等离子体温度是激光诱导击穿光谱测量中一个重要的因素。采用Nd:YAG脉冲激光器作为光源击穿样品形成等离子体,其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪和ICCD进行分光和光电转换。通过实验得出了300~450 nm波段的光谱图,定性分析出了Ca Ⅱ 315.9, 317.9, 393.4, 396.9 nm和Ca Ⅰ 422.7 nm等发射谱线。根据激光诱导击穿光谱定量公式,等离子体温度的变化对谱线强度有影响。先假设实验中等离子体处于局部热平衡状态,选用Ca的4条一价离子谱线,根据Boltzmann斜线法计算出了等离子体温度,并得到了等离子体温度与Ca质量分数的关系。随着Ca质量分数的增加,等离子体温度也相应增加。但当Ca质量分数小于0.50%时等离子体温度增加的幅度较小,而质量分数大于0.50%时等离子体温度的上升幅度相对较大。最后经过验证,实验中等离子体处于局部热平衡状态的假设成立。     

激光诱导击穿火焰等离子体光谱研究

采用PI-MAX-II型增强型电荷耦合器件, 用Nd:YAG纳秒脉冲激光器输出的1064 nm强光束击穿在一个大气压的空气中燃烧的酒精灯火焰, 对激光诱导击穿酒精灯火焰产生的等离子体光谱进行了初步研究. 根据美国国家标准与技术研究院原子发射谱线数据库, 对等离子体中的主要元素的特征谱线进行了标识和归属. 通过激光诱导击穿空气等离子体光谱、激光诱导击穿酒精灯火焰等离子体光谱、激光诱导酒精喷灯火焰等离子体光谱的对比分析, 发现不同燃烧状况下的光谱中各原子谱线的相对强度是不同的. 这些结果对于使用激光诱导击穿技术分析和研究碳氢燃料在空气中的燃烧特性具有重要的意义和参考价值, 同时也为将该技术应用于燃烧诊断提供了实验依据.     

双脉冲驱动锗薄膜靶产生的等离子体XUV光谱

用１米掠入射光栅谱仪测量了在点聚焦和线聚焦两种打靶方式下，单脉冲或双脉冲驱动锗薄膜产生的等离子体ＸＵＶ光谱。并对测得结果进行了分析讨论。在点聚焦打靶条件下，等离子体发射的ＸＵＶ光谱主要为底衬材料发射的谱线，集中在小于１９ｕｍ的波长范围内。在靶长１０ｍｍ线聚焦打靶条件下，Ｇｅ等离子体谱线增多，出现了ＧｅＸＸⅢ３ｓ─３ｐＪ＝０－１和Ｊ＝２－１两条激光线。Ｃ离子的Ｈα线显著变强。     

用类He离子谱线强度比测量激光产生等离子体电子温度和密度

一、引言在X光激光(XRL)和惯性约束聚变(ICF)研究中,等离子体电子温度和密度是表征等离子体状态的重要参数之一。虽然等离子体辐射各谱线强度与发射源的温度,密度和离子丰度直接相关,但要得到各谱线的绝对强度是很困难的,因为用于测量谱线强度探测器的绝对刻度相当困难。早在70年代初,苏联Aglitskii等首次用类He离子谱线强度比测量等离子体电子温度和密度。由于用该方法测量等离子体电子温度和密度可避免对探测器绝对     

飞秒激光诱导铝等离子体时间分辨光谱研究

在大气环境下利用中心波长800nm、脉宽为30fs的激光聚焦在铝靶上,测定了激光诱导铝等离子体中铝原子的时间分辨发射谱。在局部热平衡条件近似下,根据实验测定的谱线相对强度得到了等离子体的电子温度;研究了激光脉冲能量对等离子体电子温度的影响和等离子体电子温度的时间演化特性。同时,实验发现了394.4nm和396.1nm两条铝原子谱线存在较强的自吸收效应,实验结果表明随着激光脉冲能量的减少和延时的增加,自吸收现象逐渐消失。     

不同收光角度下煤粉颗粒流的LIBS光谱特性研究

将激光诱导击穿光谱技术(LIBS)应用于煤粉颗粒流的直接检测,利用自行搭建的颗粒流实验台架重点研究不同收光角度下煤粉颗粒的等离子体光谱特性,分析煤中具有代表性的C,Si和Al三种元素原子谱线的强度及其相对标准偏差的变化规律,结果表明收光角度在30°～45°区间时收集到的等离子体信号强且稳定。     

激光诱导击穿光谱定量分析锂矿石中锂元素

锂元素具有优良的物理和化学性能,因而在军事、电池、特种合金、受控热核反应等领域具有重要作用。现有的锂矿石分析主要是基于酸分解的原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱或原子发射光谱等离线方法。激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种无需样品制备、适用于低原子序数元素(包括锂)的原子发射光谱方法。采用LIBS技术,实验采集了11种锂矿石成分分析标准物质的等离子体发射光谱,分别在610.35和670.78 nm附近观测到了Li的特征峰,但由于谱线的重叠,无法应用单变量线性回归进行建模。在全谱积分强度标准化基础上,分别使用偏最小二乘回归(PLSR)和基于主成份分析的支持向量回归(PCA+SVR)对锂矿石标准物质中的锂含量进行建模。校准模型的相关参数通过留一组交叉验证均方根误差(RMSECV)来确定。结果表明,相较于PCA+SVR校准模型,PLSR的决定系数(R2)更大,校准均方根误差(RMSEC)更小,但预测均方根误差(RMSEP)远大于RMSEC,存在过拟合现象。另一方面,PCA+SVR计算得到的RMSEP和平均相对误差(MRE)相对于PLSR更小,因此认为PCA+SVR模型拥有更好适应度。从而证明,LIBS技术可以实现锂矿石中Li含量的分析,有望应用于位于传送带上锂矿石的原位在线定量分析。     

Combination of RF-plasma jet and Laser-induced plasma for breakdown spectroscopy analysis of complex materials

Laser-induced breakdown spectroscopy method is modified using an external radiofrequency (RF) plasma jet that overlaps spatially with the laser-induced plasma. Short UV laser pulses (wavelength 193 nm) are employed to ablate iron oxide ceramics, zinc oxide ceramics and polyethylene pressed pellets in ambient air background. An RF generator (frequency 13.56 MHz, power ≤1 kW) and a gas nozzle system are employed to generate a continuous jet of argon and nitrogen plasma expanding into air. The optical emission of the overlapped plasma is analyzed using an Echelle spectrometer equipped with an intensified CCD camera. The time dependence of optical emission intensities and of plasma parameters is investigated by varying the spectrometer delay time with respect to the laser pulse. The emission intensities of major (Fe, Zn) and minor (Mn, Al) elements are moderately increased with the RF plasma jet (≤2×). The intensities of atomic lines and molecular bands from ablated polymer material are increased also.     

激光诱导等离子体光谱法(LIPS)测定不锈钢中微量元素

激光诱导等离子体光谱技术(LIPS)是一种非接触式实时检测技术,将其用于对钢铁成分检测,可满足大型钢铁企业高速化、连续化、自动化生产要求。以波长为1 064 nm的Nd∶YAG调Q固体激光器为激发光源,ICCD为探测器,标准不锈钢1Cr18Ni9Ti系列为样品在建立的LIPS实验装置上对样品中微量金属元素铝、锰、钴、钼和钛的含量进行了测量。实验中通过对ICCD工作的延迟时间和积分时间的合理设置得到高信噪比的谱线信号,在光谱数据处理时采用了基于基体效应的内标法。实验结果显示,测量元素的浓度与定标元素铁的浓度之比与它们的谱线强度之比均呈很好的线性关系,测试的五种微量元素探测极限不大于150 μg·g-1。     

Spatial distributions of electron density in microplasmas produced by laser ablation of solids

The spatial distribution of electron density in argon microplasmas produced by laser ablation of solids has been investigated by time-resolved emission spectroscopy. The electron density was derived from Stark broadening and shift of spectral lines. It was found that the radial gradient of the electron density is much smaller than the gradient of the atomic number density of atoms ablated by the laser into the plasma. The almost homogeneous plasma conditions in the centre of the microplasmas are essential for quantitative element analysis of solid samples by laser ablation. On the other hand, because of the homogeneous conditions microplasmas are excellent sources for measurements of reliable Stark broadening and shift parameters of atomic and ionic spectral lines of all elements which can be ablated by lasers from solid samples.     

Femtosecond laser-induced Cu plasma spectra at different laser polarizations and sample temperatures

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a good technique for detecting and analyzing material elements due to the plasma emission produced by the high-power laser pulse. Currently, a significant topic of LIBS research is improving the emission intensity of LIBS. This study investigated the effect of laser-polarization on femtosecond laser-ablated Cu plasma spectra at different sample temperatures. The measured lines under circularly polarized lasers were higher than those under linearly and elliptically polarized lasers. The enhancement effect was evident at higher Cu temperatures when comparing the plasma spectra that have circular and linear polarizations for different target temperatures. To understand the influence of laser-polarization and sample temperature on signal intensity, we calculated the plasma temperature (PT) and electron density (ED) . The change in PT and ED was consistent with the change in the atomic lines as the laser polarization was being adjusted. When raising the Cu temperature, the PT increased while the ED decreased. Raising the Cu temperature whilst adjusting the laser-polarization is effective for improving the signal of femtosecond LIBS compared to raising the initial sample temperature alone or only changing the laser polarization.     

基于自吸收量化的激光诱导等离子体表征方法

为了表征激光诱导等离子体的定量特征参数,提出了一种谱线自吸收量化的方法,通过获得分析元素谱线的半高全宽来量化谱线自吸收程度,进而得到等离子体的特征参数,包括电子温度、元素含量比以及辐射物质的绝对数密度.与传统激光诱导击穿光谱定量分析方法相比,新方法由于计算过程与谱线强度弱相关,所以分析结果基本不受自吸收效应的影响,同时也无需额外的光谱效率校准.基于铝锂合金的实验结果表明,该方法能够实现精确的相对定量分析和等离子体的特性诊断.     

用激光诱导击穿光谱快速分析油漆中的重金属含量

 将电光调Q Nd：YAG激光脉冲聚焦于油漆样品表面以产生激光诱导等离子体。等离子体的光辐射经过一组透镜收集进入单色仪并由光电倍增管探测。通过对等离子体辐射光谱的研究,能够实现对油漆样品中重金属元素含量的快速定性分析。实验分析了多种市售油漆中重金属元素Pb, Cu, Cr, Mn的含量。实验表明：对于同一种类的油漆样品,在相同检测条件下,重金属元素的特征光谱线强度与元素质量分数成正比,因此利用激光诱导击穿光谱来快速分析油漆中重金属元素含量是完全可行的。     

Titanium plasma spectroscopy studies under double pulse laser excitation

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) was applied for parametric studies of titanium (Ti) plasma using single and double pulsed laser excitation scheme. Here a pulsed Nd:YAG laser was employed for generation of laser produced plasma from solid Ti target at ambient pressure. Several ionized titanium lines were recorded in the 312–334 nm UV region. The temporal evolution of plasma parameters such as excitation temperature and electron number density was evaluated. The effect of incident laser irradiance, position of the laser beam focal point with respect to the surface of illumination, single and double laser pulse effect on plasma parameters were also investigated. This study contributes to a better understanding of the LIBS plasma dynamics of the double laser pulse effect on the temporal evolution of various Ti emission lines, the detection sensitivity and the optimal dynamics of plasma for ionized states of Ti. The results demonstrate a faster decay of the continuum and spectral lines and a shorter plasma life time for the double pulse excitation scheme as compared with single laser pulse excitation. For double pulse excitation technique, the emissions of Ti lines intensities are enhanced by a factor of five which could help in the improvement of analytical performance of LIBS technique. In addition, this study proved that to avoid inhomogeneous effects in the laser produced plasma under high laser intensities, short delay times between the incident laser pulse and ICCD gate are required.     

Identification of nitro-compounds with LIBS

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is applied to characterize the organic compounds 4-nitroaniline and 4-nitrotoluene by measuring the intensity of atomic lines. The hypothesis of local thermodynamic equilibrium (LTE) is verified by comparing the measured value of electron density in the laser-induced plasma with its lower limit, for which LTE holds good. The present study infers that the O/N intensity ratio is a unique parameter to discriminate each nitro-compound from the explosives.