再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱在元素成像分析的应用

发布时间：2020-04-16 17:47

【摘要】：天然的石英质玉石具有丰富多彩的颜色,而玉石中的颜色富集现象主要与其中的铁等微量元素的分布有关。因此,通过研究玉石样品铁等微量致色元素的分布及含量,对于判断玉石样品的宝石学特征、种属和商业价值具有重要意义,可将研究结果应用于玉石鉴定等领域。本文将利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对天然玉石进行元素分布扫描成像分析。LIBS技术由于其自身装置的特点,在对玉石进行元素分布分析时,不需要或者只需要对样品稍微进行处理,也不需要对样品进行隔离真空处理,并且由于实验装置比较简单,可实现实时和原位检测,降低了玉石样品元素分布成像分析的难度及成本。当采用单脉冲LIBS技术对玉石样品中的微量元素进行分布成像分析时,检测灵敏度较低,为了能够提高检测灵敏度,提高元素分布成像分析的质量,可采用双脉冲LIBS进行增强。本文实验所采用的再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术是比较适合用于提高元素检测灵敏度的方式,采用正交的脉冲形式能够避免与样品表面平行的激光束直接烧蚀样品,对样品造成额外损伤。本研究首先分别获取单脉冲LIBS和双脉冲LIBS的微量元素Fe相对应特征谱线的发射光谱信号时域图,通过对比,得到双脉冲LIBS相较于单脉冲LIBS在本实验条件下可获得约8倍的信背比改善。再通过对双脉冲间的脉冲间隔、激光能量等因素对原子信号强度的影响进行研究,记录下能够获得最佳强度效果的实验条件。随后在最佳的实验条件下,对天然玉石样品表面36mmⅹ10mm范围内进行了二维元素扫描分析,并通过自行开发的软件,获得了玉石样品表面(烧蚀坑洞直径约为30μm)的微量元素Fe的二维分布图。实验结果表明:通过再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术,可以有效地检测天然玉石样品中的铁、铜等微量元素。并且,相比于单脉冲激光诱导击穿光谱技术,在相同的样品损伤条件下,可提高检测灵敏度。该技术不仅可以实现玉石样品的表面元素分布分析,为玉石鉴定提供参考,还可以应用于其他固体样品的二维元素分布扫描成像分析,具有较好的应用价值。
【图文】：

原理图,原理图,流程,样品

素 α的质量百分比，nα表示元素 α的粒子总数，μα表示元素 α的相以上的有标 LIBS 和 CF-LIBS 算法可对样品进行定量分析，由特征元素浓度信息。而由这两种算法可以看出，元素浓度大小与特征谱系，一般对于样品的某一区域，所对应样品某一检测元素的特征谱域的该元素浓度越高。诱导击穿光谱（LIBS）技术的基本原理如图 2-1所示。由激光器发激光，通过凸透镜聚焦到分析样品上，聚焦产生高温，对样品进行样品在高温下瞬间气化，形成一团由原子、电子、离子组成的气态的持续激发后，该气态物质形成激光等离子体[43,44]。进而不断辐射辐射光谱中具有由样品所包含的原子或离子能级跃迁发射出的特征子体附近区域安置透镜对该辐射光谱进行收集，并使用分光技术识线，获取样品的组成成分及浓度信息，从而对检测样品做相应的光

特征谱线,激光等离子体,特征谱线

图 2-2 激光等离子体扩散分布图体区：如图 2-2所示在靠近样品烧蚀区附近的度高，温度也高，所以粒子间的碰撞十分剧烈光谱为连续光谱。体区：如图 2-2所示在热等离子体区的外围即区向外扩散，并迅速降温形成的。在该区域内态的物质。在该区域内的原子及离子将从高能射出具有特征波长的特征谱线[49,50]。波区：由于激光等离子体温度很高，，将在等离离子体的最外层产生高压冲击波[51-53]，形成高冲击，将形成烧蚀坑洞。集等离子体的发射光谱对物质进行分析，其迁发射出的特征谱线具有物质组分信息，是
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O657.3;TS933.21

【参考文献】