激光诱导空气等离子体的实验研究-论文.pdf

《激光诱导空气等离子体的实验研究-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、第27卷第3期大学物理实验V01．27No．32014年6月PHYSICALEXPERIMENT0FCOLI正GEJun．2Ol4文章编号：1007—2934(2014)03—0001—03激光诱导空气等离子体的实验研究李玉，胡长宏，李海英，倪牟翠，郭欣，张金宝，李守春(吉林大学，吉林长春130015)摘要：本文利月J激光诱导等离子体光谱技术(LIPS)测定一个标准大气压强下的空气所含有的元素成分。假设空气全部日J氮和氧元素组成，利用自由定标模型获得空气中氮元素和氧元素的含量。由此验证激光诱导等离子体光谱技术进行定量分析的可行性，为其在等离子体定

2、量分析中的应用奠定基础。关键词：激光诱导等离子体光谱技术；自由定标；定量分析中图分类号：04—34文献标志码：A当一束高功率的脉冲激光集中照射到样品探测器、示波器、脉冲发生器和数字示波器等。图上，部分样品将被瞬间汽化成高温、高密度的等离1为激光诱导空气等离子体的实验装置示意图。子体，通过测量等离子体特征发射光谱而得到样品元素成分的技术被称为激光诱导等离子体光谱技术(Laser-inducedplasmaspectroscopy，LIPS)。这项技术与其它传统的光谱技术(电感耦合等离子体原子发射光谱法、x射线荧光光谱法、质谱分析法等)相比，具有高灵

3、敏度、对分析样品破坏小、同时分析多种元素、实验装置简单以及可以用于远程、在线测量等优点。激光诱导等离子体光谱技术的优点使它成为图1激光诱导空气等离子体的实验装置示意图现场快速分析固体、液体和气体成分的一种较为理想方法。强激光束聚焦到物体表面，少量样品本实验采用Nd：YAG激光器，输出波长1064Bin、被蒸发的同时生成热等离子体，等离子体发出的脉宽8ns。激光脉冲经焦距为15cm的透镜聚焦光包含元素的特征谱线。通过对等离子体发射线后在焦点处产生空气等离子体。为了减少激光光的光谱分析，可以推断出待测样品的组成，并且谱源本身对等离子体辐射信号的干扰，

4、接收等离子线强度与物质含量有关，因此可以做定量分析。体光辐射的角度与激光的入射角垂直。等离子体本文利用激光诱导等离子体光谱技术测定一个标的辐射光信号经过同样焦距的收光透镜收集并送准大气压强下的空气所含有的元素成分。假设空人光谱仪的入射狭缝。光谱仪的出射狭缝与光电气全部由氮和氧元素组成，利用自由定标模型获倍增管(PMT，ActonResearch，Model：PD一471)及得空气中氮元素和氧元素的含量。用实验方法验强电感耦合探测器(ICCD，pi—MAX，Model：7397．证激光诱导等离子体光谱技术进行定量分析的可0001)相连，通过一个转换

5、镜可以实现两者间的行性，为有效地实现激光诱导等离子体光谱技术转换。激光诱导空气等离子体的光谱经光栅光谱在定量分析方面的应用奠定基础。仪，由探测器将光信号转化为电信号并输出至与其相连的计算机数据采集处理系统。脉冲发生器1实验装置(DG535)用来控制激光脉冲和光信号检测之间的延迟时间，从而达到去除等离子体发出的连续背本实验主要仪器包括：激发光光源、光谱仪、收稿日期：2014—01—14基金项目：国家自然科学基金(11004077)；吉林省青年科研基金(201201028)；吉林省自然科学基金(201115031)通讯联系人激光诱导空气等离子体的实验

6、研究景光、分辨原子特征谱线的目的。光电二极管和配分函数，为等离子体温度。光谱学参数E、g数字示波器用来标定时间分辨谱的延迟时间和采和A可以从NIST上查到；F、和c通过实验结样门宽。果确定。作如下定义：2实验结果与分析=E(2)，2．1激光诱导空气等离子体光谱Y=in÷(3)g^A在标准大气压下，用Nd：YAG激光器1064nm1(4)m=一光束产生空气等离子体，激光脉冲能量为60mJ。实验分析波段为360～860nm。为避免连续背景ln(5)光，获得激光诱导空气等离子体中元素特征谱线，本实验采用门宽0．4s，延时3s。图2是激光将上面的四个关系

7、式代入(1)式则可以得到诱导空气等离子体光谱。关系式(6)：Y=mgg+g(6)表达式左边对E做斜率为一的平面图，所得曲线的斜率q反映等离子体的温度，曲线的截距q反映分析物质的浓度。由于实验常数F的不确定性，需要通过归一化来确定F的值，即：Cs寺Us()=1(7)得到等离子体温度以后，那么相应可以算出配分函数：图2激光诱导空气等离子体光谱Us()=gkexp(一(8)通过查找NIST(NationalInstituteforStand-ardsandTechnology)原子光谱数据库，标出实根据归一化关系可以得到各分析元素的浓度。验测量的光谱谱

8、线对应的元素成分。假定激光诱利用上述自由定标法计算标准大气压下空气导空气等离子体处于局部热平衡状态；不考虑等中N、O元素的浓度。将OI3