火焰原子吸收对K元素激光诱导击穿光谱测量的影响

当使用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）测量火焰场内碱金属元素时,等离子体内碱金属原子所发出的LIBS信号,会受到等离子体外火焰中基态碱金属原子的吸收,影响测量精度。基于Beer Lambert定律和CH4 空气火焰场内气态含K物质的热力学平衡原理,建立了火焰场内K元素LIBS信号的原子吸收模型,并分析了实际生物质颗粒燃烧K元素释放浓度范围内,火焰气氛、K元素浓度分布以及总K浓度对火焰原子吸收效率的影响。研究发现,随着O2/CH4的摩尔比值的增加,火焰中热力学平衡状态下K原子占总K的比例从约25%逐步降低,火焰原子吸收效率也从86.8%逐步降低。当O2/CH4的摩尔比值大于2时,火焰尾气中会存在剩余O2,此时火焰内K原子的吸收效率均低于13%。同时,火焰中K元素浓度分布以及总K浓度的合理调整亦对火焰原子吸收效率具有降低作用。在此基础上,提出了创造氧化性气氛、调整K浓度分布来降低火焰原子吸收效率和提高LIBS测量精度的解决途径。     

火焰发射光谱对K元素激光诱导击穿光谱测量的影响

在煤和生物质燃烧过程中,燃料中的碱金属元素会发生气态释放,并在随烟气降温的过程中凝结,产生热力设备结渣、腐蚀、积灰等问题,影响设备的安全运行。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是测量煤/生物质火焰中碱金属元素分布的有效手段。建立了一套火焰场内K元素的LIBS测量系统,分别测量了不同ICCD门宽时间条件下火焰场内K元素的火焰发射光谱(FES)信号和LIBS信号,并计算、比较了二者的信号强度随测量系统ICCD门宽时间变化的规律。实验结果表明,相同ICCD门宽时间条件下,火焰场内K元素LIBS信号强度显著高于FES信号强度。随着ICCD门宽时间的增加,二者的信号强度均逐步增加,但是二者的增速变化规律并不相同:K元素LIBS信号强度的增加速度呈现出先快后慢的变化规律;K元素FES信号强度则呈现出线性增加的规律。同时,相同ICCD门宽时间条件下,K元素LIBS信号强度与FES信号强度的比值在ICCD门宽时间为0~8μs的范围内迅速升高至约4;之后,随着ICCD门宽时间的增加,该比值缓慢下降并逐步趋近于1。通过分析火焰场内K元素FES对LIBS测量影响的原理,提出了合理选取LIBS测量系统ICCD门宽时间,使得K元素LIBS信号强度与FES信号强度的比值最大化,从而降低K元素FES对LIBS测量影响,优化了提高火焰场内K元素LIBS信号测量准确度的方法。