激光诱导击穿光谱技术进展

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1、激光诱导击穿光谱技术进展quof引言自amp年，・./0」发表了首篇有关激光器的论文以来激光的高能量、高单色性、高指向性2引起了众多科学技术领域的广泛关注。科学家将不同类型的激光器与光谱仪相结合建立起各种激光分析技术。其中基于激光与固体、液体、气体和气溶胶相互作用的介电击穿产生的等离子体光发射的激光诱导击穿光谱法研究日趋活跃。由于现代化的冶金牛产过程日益大型化、高速化和连续化对冶金分析的要求也不断提高。样品尤其是非平整表面样品原位分析、痕量元素分析及在线实吋分析是目前冶金分析家致力于解决的问题之一3而解

2、决上述问题的关键在于使用灵敏度高、直接快速准确、时间与空间分辨率高并适于高温恶劣环境的分析手段激光诱导击穿光谱法恰恰具备上述特征。该方法分析速度快样品需求量少对样品的尺寸、形状及物理性质要求均不严格而且它不仅可以测定固态样品还可以测定液态、气态样品。此外光导纤维传感技术的迅速发展使得激光光谱对高温、恶劣环境下的远程分析得以实现具有很人的实用性。这些独特优势是传统光谱法所不可比拟的因此激光诱导击穿光谱法被认为是一种极有价值、有前景的分析工具。目前该方法已被广泛地应用于冶金工业生产过程和质量控制分析。??4

3、42??CSM推荐方法quot激光诱导击穿光谱法的主要原理及基木组成quotquot主要原理激光诱导击穿光谱法amp9-9.701amp27-30amp-024或amp'-92amp5amp25-30amp-024简称为6789或67:9是一种最为常用的激光烧蚀光谱分析技术。激光经透镜聚焦在气态、液态或固态样品上当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量时就会在局部产生等离子体称作激光诱导等离子体。由于这种等离子体局部能量密度及温度相当高因捎糜ISO（16）踊12.L12.袄胱踊裙2：鳌S霉馄滓侵苯邮占繁碧娴

4、壤胱犹宀姆⑸浚紫卩丝藕糯永砺口峡梢愿莘⑸涔馄椎?aname=baidusnapl＞强度进行定量分析。67:9发射谱线的形成过程可分为三个步骤图quote图quot67:9谱线形成机制示意图形成等离子体.轲致辐射及电子自由跃迁形成的宽带发射■能级跃迁形成的谱线发射第一步高能量的激光加热并蒸发少量的样品由于多光了电离与样品表面热量散发而使部分电了获得能量这些电了从同一激光脉冲中进一步吸收光子并通过加速运动互相撞击将能量转移给等离子体羽中的原子。等离子体羽温度迅速上升至几千度从而产生更多的带电离子。该过程中激

5、光的波长尤为重要原因在于电子对光子的吸收主要取决于。？?lt??CSM推荐方法第二步轲致辐射与电子quot离子复合导致宽带发射主要为等离子体中各元素的电离线形成的连续背景谱线该过程需几百纳秒。第三步形成等离子体中各元素的原子发射谱线谱线强度与元素浓度成正比。该过程通常持续几微秒是进行元素定量分析的重要环节。quotquot基本组成部分常见的amp，系统主要由激光器、烧蚀池、光导纤维、分光系统与检测器儿部分组成。图是amp，的基本结构图。图amp，基本结构图激光器激光器是产生激光输出的装置通常对激光的波长

6、并无特殊要求只要求具有相对高的能量可以取样并完成解离、原子化、激发等任务即可。满足上述要求的商用激光器通常包括固态激光器如・./01及红宝石激光器气态激光器如23和激光器及准分子激光器4567849o红宝石激光器不能在高脉冲重复频率下工作产生的信号稳??:??CSM推荐方法定性较差而大多数金属表面对quot激光器产生的波长具有高反射。因此amp，中较为常用的是-./01234、■二倍频.5634及■三倍频.65534的激光系统其产生的信号相对较为稳定5。近年来使用■四倍频紫外激光器」134逐渐成为一种新

7、的趋势。与红外激光源./01234相比紫外激光源在提高空间分辨率、物质吸收率、改善精密度上都获得了重大改进。此外准分子7S./9634的深紫外激光系统在降低基体效应的性能上更为优越但需要非常稳定的光学系统和更严格的操作与维护1：。表1"列岀了常见激光器的各项参数。表quot常见激光器性能特点5激光器激光介质波长34脉宽3脉冲能量gt-665quot//0125quot/0565quot6552quot116quot01t6quot/lt0红宝石含01t05A7quot6的quot61965/0quotq

8、uot于混合气中与BC/01tl4/quot00401t5quot50066:600D于/个大气压下/03于0E01个大气压下quot/O准分子78/96F782GC60:quot001t51tltlt烧蚀池尽管激光诱导等离子体在普通大气压条件下就可产生但由??5??CSM推荐方法于不同的环境气体与压强对等离子体寿命及光谱强度的影响极大因此应将样品放置于密闭的微体积烧蚀池屮。烧蚀池可由玻璃石英、不锈钢或高分子聚合物等材料制成池内的缓冲气体通