光譜技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、 成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)專 業(yè)光電信息科學(xué)與工程課程設(shè)計(jì)題目激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 年 月 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院專 業(yè)光電信息科學(xué)與工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)課程設(shè)計(jì)題目激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1. 了解激光誘導(dǎo)擊穿光譜的應(yīng)用現(xiàn)狀2. 掌握激光誘導(dǎo)擊穿光譜的優(yōu)點(diǎn)3. 掌握的激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用的基本原理4. 設(shè)計(jì)激光誘導(dǎo)擊穿光譜實(shí)驗(yàn)具體分析地質(zhì)分析中的應(yīng)用工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:15周 通過(guò)查資料，我們初步了解激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用現(xiàn)狀和優(yōu)點(diǎn)。16周 熟練掌握激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的原理，

2、然后設(shè)計(jì)激光誘導(dǎo)擊穿光譜實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，完成課程設(shè)計(jì)。指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用摘 要 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)是一種目前正在發(fā)展中的對(duì)樣品中元素成分進(jìn)行快速、現(xiàn)場(chǎng)定量檢測(cè)的分析技術(shù)。LIBS是一種激光燒蝕光譜分析技術(shù)，激光聚焦在測(cè)試位點(diǎn)，當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿閾值時(shí)，即可產(chǎn)生等離子體?；谶@種特殊的等離子體剝蝕技術(shù)，通常在原子發(fā)射光譜技術(shù)中分別獨(dú)立的取樣、原子化、激發(fā)三個(gè)步驟均可由脈沖激光激發(fā)源一次實(shí)現(xiàn)。等離子體能量衰退過(guò)程中產(chǎn)生連續(xù)的軔致輻射以及內(nèi)部元素的離子發(fā)射線，通過(guò)光纖光譜儀

3、采集光譜發(fā)射信號(hào)，分析譜圖中元素對(duì)應(yīng)的特征峰強(qiáng)度即可以用于樣品的定性以及定量分析。為了了解激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)技術(shù)和發(fā)展現(xiàn)況以及這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況，在課堂學(xué)習(xí)和相關(guān)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和書籍進(jìn)行了分析、整理、歸納。本文從LIBS的由來(lái)、基本原理和實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了綜述，討論了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在地質(zhì)分析方面的應(yīng)用。LIBS技術(shù)應(yīng)用方便快捷，且應(yīng)用前景廣泛。關(guān)鍵字：激光誘導(dǎo)擊穿光譜；元素分析；地質(zhì)分析0目錄1 引言32 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的原理33 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的裝置43.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的實(shí)驗(yàn)裝置43.1.1 激光器43.1.2 光譜儀53.1.3 真空室54 激

4、光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用54.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀54.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在地質(zhì)方面的應(yīng)用64.2.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)土壤中Cr 和Pb元素定量分析64.2.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)煤樣品成分分析64.2.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)礦石樣品成分分析74.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在其他方面的應(yīng)用85 分析與討論85.1 結(jié)果分析85.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)85.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的局限96 結(jié)論9參考文獻(xiàn)1011 引言 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)IBS，是由美國(guó) Lo

5、s Alamos 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究小組于1962年提出和實(shí)現(xiàn)的。自從1962年該小組成員Brech最先提出了用紅寶石微波激射器來(lái)誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體的光譜化學(xué)方法之后，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于氣體、液體和固體等各個(gè)領(lǐng)域。近三十年來(lái)，激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)量技術(shù)在各行各業(yè)都有不同程度的應(yīng)用。早期，運(yùn)用LIBS裝置研究如何提高測(cè)量精度；當(dāng)前的激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)主要應(yīng)用于冶金和礦業(yè)、燃燒、水和土壤污染、空氣污染和環(huán)境監(jiān)測(cè)、藝術(shù)品及染料鑒定等行業(yè)，尤其是在工業(yè)環(huán)境惡劣的領(lǐng)域如礦業(yè)、冶金等方面的應(yīng)用更突顯出該方法的優(yōu)越性。本文是從激光誘導(dǎo)擊穿光譜的原理、實(shí)驗(yàn)裝置的組成以及各部分的作用方面進(jìn)行了介紹

6、，并著重綜述了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在地質(zhì)分析方面的礦石的元素分析、土壤中某些元素的分析和對(duì)煤炭中元素分析三個(gè)方面進(jìn)行了綜述。激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單快速，物質(zhì)蒸發(fā)和激化可一次性完成，實(shí)現(xiàn)真正的快速分析，而且可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行分析。2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的原理激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)基于原子光譜和離子光譜的波長(zhǎng)與特定的元素一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而且光譜信號(hào)強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)元素的含量也具有一定的量化關(guān)系，激光經(jīng)透鏡聚焦在樣品表面，當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿門檻能量時(shí)，就會(huì)在局部產(chǎn)生等離子體，稱作激光誘導(dǎo)等離子體。等離子體隨著向外界環(huán)境膨脹過(guò)程而逐漸冷卻，并發(fā)射表征樣品組分信息的光譜，利用光電探測(cè)器和光譜儀

7、對(duì)等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行采集。通過(guò)解析等離子體光譜，并結(jié)合定量分析模型，可以得到分析樣品組分的類別和含量信息。以下為激光誘導(dǎo)等離子體發(fā)射譜線的形成過(guò)程。激光誘導(dǎo)等離子體發(fā)射譜線的形成過(guò)程：(a) 多光子電離形成等離子體。(b) 軔致輻射及電子自由躍遷形成的寬帶發(fā)射，主要是等離子體中各元素的電離線形成的連續(xù)的背景譜線，這個(gè)過(guò)程需幾百納秒。(c) 能級(jí)躍遷形成的譜線發(fā)射，譜線強(qiáng)度與元素濃度成正比。該過(guò)程通常持續(xù)幾微秒，是進(jìn)行元素定量分析的重要環(huán)節(jié)。3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的裝置3.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的實(shí)驗(yàn)裝置激光誘導(dǎo)擊穿光譜的實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)主要是由激光器、真空室、光譜儀和PC機(jī)組成。3.1.1 激光器激

8、光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是在激光器發(fā)明之后才慢慢發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)測(cè)試技術(shù)。激光器作為激光誘導(dǎo)擊穿光譜必不可少的一部分，從它的發(fā)明到現(xiàn)在幾十年來(lái)，激光器已經(jīng)有了很大的發(fā)展。目前用于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的激光器主要有以下四種。紅寶石激光器、釔鋁石榴石激光器、氣體激光器、準(zhǔn)分子激光器。這些激光器一般都能提供1000mJ左右的脈沖能量，瞬時(shí)激光功率可以達(dá)到1-200MW。如果再利用聚焦鏡把激光匯聚到樣品上，其產(chǎn)生的能量足以將固體直接氣化產(chǎn)生等離子體。在激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)裝置系統(tǒng)中，最常用的激光器是脈沖調(diào)Q的釔鋁石榴石激光器。這種激光器產(chǎn)生的脈沖寬度大約是在6-15ns之間，能夠滿足激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)對(duì)激光

9、能量的需要。而且，釔鋁石榴石激光器易于實(shí)現(xiàn)小型化，有利于激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)的便捷化。3.1.2 光譜儀在激光器之外，作為最終光譜的探測(cè)收集的裝置，光譜儀也是激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)裝置系統(tǒng)中另外一重要的設(shè)備。光譜儀是用來(lái)測(cè)定光的波長(zhǎng)、能量等性質(zhì)的儀器，一般使用棱鏡或衍射光柵和光電倍增管等組成，按波段區(qū)域分，一般有紅外線、可見(jiàn)光、紫外線、微波、X射線光譜儀等不同波段的光譜儀；按分光元件的不同，可以分為干涉光譜儀、棱鏡光譜儀和光柵光譜儀等；按探測(cè)方式來(lái)分，有直接用眼睛觀察的分光鏡，用感光膠片記錄的攝譜儀，以及用光電或者熱電元件探測(cè)光譜的分光光度計(jì)等。在棱鏡或者衍射光柵的作用下，由于不同波長(zhǎng)的折射系數(shù)

10、的不同，一束不可區(qū)分的不同波長(zhǎng)的光在空間位置上被分散成不同波長(zhǎng)的光。而利用光電倍增管或者CCD等器件，可以探測(cè)出各種不同波長(zhǎng)光的強(qiáng)度。3.1.3 真空室真空室中有兩個(gè)石英窗口，一個(gè)石英窗口是激光入射窗口，另一個(gè)是光譜儀收集等離子體特征譜線的窗口。真空室由真空腔和串聯(lián)的機(jī)械泵、分子泵組成，可抽至0.0001Pa。依據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要將樣品暴露在大氣中或者置于真空室內(nèi)，由激光器發(fā)射出的激光束經(jīng)聚光鏡I聚焦后聚焦到樣品上，激光儀以45°角入射到樣品上，聚焦的激光束在樣品的表面激發(fā)出等離子體，等離子體輻射出來(lái)的特征光譜經(jīng)聚光鏡聚焦后由光纖送入光譜儀中，再通過(guò)光譜軟件在PC機(jī)上獲得并且分析光譜數(shù)據(jù)。

11、4 激光誘導(dǎo)擊穿光譜在地質(zhì)分析中的應(yīng)用4.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀近年來(lái)，隨著激光器和光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的發(fā)展，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的應(yīng)用研究已經(jīng)成為各個(gè)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。LIBS技術(shù)憑借其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)逐漸深入應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)中，不僅在物質(zhì)材料或是痕量元素的分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而且在環(huán)境污染的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、冶金行業(yè)、材料加工的在線控制等領(lǐng)域的應(yīng)用中也得到迅猛發(fā)展。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)也在地質(zhì)分析方面也有著廣泛的應(yīng)用，包含了對(duì)礦石進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，對(duì)煤炭的灰度、含硫量、含磷量和含氮量等指標(biāo)的測(cè)量和對(duì)土壤中重金屬元素含量的檢測(cè)等方面。4.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在地質(zhì)方面的應(yīng)用4.2.1 激光誘

12、導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)土壤中Cr 和Pb元素定量分析2012年，陳金忠等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)土壤中Cr 和Pb元素進(jìn)行了定量分析。實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)為1064nm，輸出能量200mJ，脈沖寬度10ns，重復(fù)頻率15Hz的Nd:YAG激光器，激光束用f=100mm的石英透鏡聚焦于樣品上，焦點(diǎn)位于樣品表面以下6mm處。為保證對(duì)樣品的激發(fā)條件穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)將制備好的圓片形土壤樣品固定在由馬達(dá)帶動(dòng)的以163 rps勻速轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)架上。在大氣壓力下的Ar環(huán)境氣氛中形成激光誘導(dǎo)等離子體。采集光譜時(shí)，每個(gè)樣品激發(fā)三次，光譜數(shù)據(jù)取三次的平均值，通過(guò)等離子體原子發(fā)射光譜法，以Fe 原子譜線為內(nèi)標(biāo)、分析線背景為內(nèi)標(biāo)和沒(méi)有內(nèi)標(biāo)

13、的3 種情況下繪制元素定標(biāo)曲線，分析結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。結(jié)果表明，3 種情況下分析元素Cr 的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為5.85%、26.48%和33.10%，元素Pb 的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為5.42%、22.78%和38.66%，這一試驗(yàn)結(jié)果證明了采用內(nèi)標(biāo)法可以明顯地提高測(cè)量精度。采用Fe 譜線為內(nèi)標(biāo)時(shí)所得到的元素Cr 和Pb 的相對(duì)檢出限分別為3.50×10-3%和57.90×10-3%，滿足微量元素分析要求，降低了元素分析的檢出限。2008年，周衛(wèi)東等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)土壤中Cr 和Pb元素進(jìn)行了定量分析。實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)為1064nm，最大單脈沖能量200mJ，脈沖寬度

14、10ns，激光工作頻率1Hz的Nd:YAG激光器，采用探測(cè)波長(zhǎng)范圍200-500nm的多通道小型光纖光柵光譜儀。激光束通過(guò)一個(gè)反射鏡和一個(gè)焦距為70mm的凸透鏡聚焦到樣品表面產(chǎn)生激光等離子體。采用300個(gè)激光脈沖轟擊樣品表面的不同點(diǎn)的取樣平均方式，記錄了系列土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品的激光誘導(dǎo)等離子體的發(fā)射光譜，研究了重金屬原子特征輻射譜線的信噪比、數(shù)據(jù)偏差等與數(shù)據(jù)采樣品平均次數(shù)的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)這時(shí)對(duì)重金屬Cr和Fe濃度分析測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.53%和1.48%，得到了對(duì)定量分析Cr和Fe等金屬的定標(biāo)曲線，對(duì)Cr濃度的檢測(cè)靈敏度為10ug·g-1這一結(jié)果在當(dāng)時(shí)要優(yōu)于國(guó)內(nèi)外報(bào)道的結(jié)果。這表明了我

15、們的激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)采樣、分析定標(biāo)方法進(jìn)行土壤中重金屬的分析具有很好的重復(fù)性和測(cè)量精度。4.2.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)煤樣品成分分析2008年，汪家升等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)煤樣品進(jìn)行了定性分析。實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)為1064nm的Nd:YAG激光器作為激發(fā)光源，激光器的重復(fù)頻率為1-10Hz，脈沖寬度為10ns，能量為32mJ，激光光束經(jīng)焦距f=20mm的石英透鏡聚焦后作用于樣品的表面，用以擊穿樣品，形成等離子體，等離子體輻射光經(jīng)由一個(gè)焦距f=50mm石英透鏡耦合到光譜儀光纖輸入端，光譜儀的光譜分辨范圍為200-500nm，分辨率為0.1nm,借助光譜儀自帶的分析軟件分析處理所獲得

16、的光譜信號(hào)。實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室的自然條件下對(duì)煤樣品進(jìn)行光譜測(cè)量，采樣延時(shí)為5us。結(jié)果表明，煤樣品中含多種元素，其中金屬元素Mg、Fe和Al等的特征譜線清晰，煤中出了C的247.86nm譜線外，由于光譜儀采集范圍的影響，特征譜線波長(zhǎng)大于500nm的H、O、N、S等元素的特征譜線采集不到，對(duì)于一些含量較少的元素如U、Si、Ba、Ni等的特征譜線清晰可見(jiàn)。煤的LIBS光譜中既含有分立的原子譜線，也包括連續(xù)的光譜，實(shí)驗(yàn)中采取了延長(zhǎng)采樣時(shí)間的方式但也未能消除光譜中的連續(xù)光譜背景，這可能來(lái)源于激光對(duì)煤樣品的燒灼過(guò)程。2008年，謝承利等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)煤樣品進(jìn)行了定量分析。實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)為1064n

17、m、能量為93mJ的Nd:YAG激光器作為激發(fā)光源，經(jīng)透鏡聚焦后作用在煤樣品表面，燒蝕作用面內(nèi)的煤樣品形成高溫等離子體團(tuán)。實(shí)驗(yàn)選取了13中常見(jiàn)電站鍋爐用煤，煤樣品用快速灰化法制成灰樣，采用日立180-70原子吸收光譜儀與UV-754紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)其灰成分進(jìn)行了分析。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析了波長(zhǎng)為200-850nm波段的煤樣品等離子體發(fā)射光譜圖，定量分析了Si、Mg、Al、Ga、Fe、Ti、Na和K元素，與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室原子吸收光譜的元素分析結(jié)果相對(duì)比，該方法的定量分析誤差在1%-8%之間，各元素可達(dá)到的質(zhì)量濃度探測(cè)限均低于元素在煤中的一般含量。該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜法在線快速實(shí)現(xiàn)煤質(zhì)分析的

18、可行性。4.2.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)礦石樣品成分分析2008年，陸運(yùn)章等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)礦石樣品中Si和Mg元素進(jìn)行了定量分析。實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)為1064nm的Nd:YAG激光器作為激發(fā)光源，激光器的重復(fù)頻率為1-10Hz，脈沖寬度為10ns，能量為4-40mJ可調(diào)，激光光束經(jīng)焦距f=30mm的石英透鏡聚焦后作用于礦石粉末樣品的表面，用以擊穿樣品，形成等離子體，等離子體輻射光經(jīng)由一個(gè)焦距f=50mm石英透鏡耦合到光譜儀光纖輸入端，光譜儀的光譜分辨范圍為200-500nm，分辨率為0.1nm,借助光譜儀自帶的分析軟件分析處理所獲得的光譜信號(hào)。實(shí)驗(yàn)為了減小測(cè)量誤差采集光譜時(shí)，對(duì)每個(gè)樣品

19、進(jìn)行六次光譜測(cè)量，測(cè)量出分析線的光譜強(qiáng)度并取平均值，求出它們的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。所得結(jié)果顯示，Si含量的相對(duì)偏差為7%，Mg含量的相對(duì)偏差為3%。引起數(shù)據(jù)變化較大的原因可能是作用在樣品上的激光功率密度的波動(dòng)。2007年，王智宏等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)礦石樣品中成分進(jìn)行了定性分析。實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)為1064nm的Nd:YAG激光器作為激發(fā)光源，激光器的重復(fù)頻率為5Hz，脈沖寬度為10ns，激光激發(fā)脈沖能量為32mJ，激光光束經(jīng)焦距f=30mm的石英透鏡聚焦后作用于銅礦石樣品的表面，用以擊穿樣品，形成等離子體，光譜儀采樣延時(shí)為3us。借助于光譜信號(hào)處理軟件對(duì)此光譜圖進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：礦石樣品中含有包括銅

20、Cu、Fe、Ca、Ba等多種化學(xué)元素，這些元素都有相對(duì)應(yīng)的特征譜線，往往是具有波長(zhǎng)不同的多條分立譜線，例如檢測(cè)到 Ca 元素存在 315.8nm 和443.5nm兩條特征譜線。通過(guò)對(duì)已知元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行LIBS光譜檢測(cè)，建立不同含量與特征譜線強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以在此基礎(chǔ)上對(duì)待測(cè)礦石樣品元素含量進(jìn)行半定量或定量測(cè)量。4.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在其他方面的應(yīng)用1991年，Cheng等對(duì)He氣中的多原子分子雜質(zhì)進(jìn)行了探測(cè),精度達(dá)到ppm級(jí)。他們使用Nd：YAG激光器(532nm)，采用非選通探測(cè)，成功的檢測(cè)到B2H6,PH3和AsH3，探測(cè)極限分別是l，3和lppm。該探測(cè)根據(jù)磷離子在602.4

21、，603.4，604.3和605.5nm處的譜線,觀測(cè)到在228.8，235.0，278.0和286.0nm處的譜線。測(cè)量還觀測(cè)到B在336.0和434.5nm處的譜線。2008年,Chen Zhijiang等以LIBS分析水溶液的金屬元素時(shí)，提出了一種新的實(shí)驗(yàn)方法?；贚IBS分析固體樣品的高靈敏度和重現(xiàn)性，他們以切片的木材吸收液體樣品中重金屬元素，再使用LIBS分析木材樣品。對(duì)五個(gè)金屬元素建立定標(biāo)曲線：鉻，錳，銅，鎘和鉛，其含量均在痕量濃度以下。當(dāng)其檢測(cè)范圍介于0.029-0.59mg/L時(shí)，分析結(jié)果優(yōu)于把激光集中在液體的表面直接分析液體獲得的結(jié)果。且木材切片很容易處理，每個(gè)樣品整個(gè)分析過(guò)

22、程只花了4-5分鐘。這為使用LIBS快速分析水溶液的金屬元素提供了一個(gè)更切實(shí)際的方法，對(duì)監(jiān)測(cè)水中的有毒重金屬元素十分有用。5 分析與討論5.1 結(jié)果分析在4.1.1中利用LIBS 技術(shù)進(jìn)行土壤元素成分檢測(cè)的過(guò)程中，采用內(nèi)標(biāo)法可以在一定程度上消除不穩(wěn)定因素對(duì)分析結(jié)果的影響，顯著提高了LIBS 技術(shù)的檢測(cè)水平。實(shí)驗(yàn)證明了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)用于土壤成分檢測(cè)方法可行，這為土壤環(huán)境污染監(jiān)測(cè)提供了方便快捷的手段。在4.1.2中，初步證明了激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行快速檢測(cè)和分析提供了依據(jù)。對(duì)樣品中的部分元素成分定性分析，為進(jìn)一步進(jìn)行定量檢測(cè)與分析提供了依據(jù)。對(duì)于4.1.3中出現(xiàn)的由于激光功率密度

23、的波動(dòng)引起數(shù)據(jù)變化較大的情況，采用樣品壓片的方法有可能解決樣品擊打后不平整這一問(wèn)題。在普通的實(shí)驗(yàn)室自然環(huán)境條件下，應(yīng)用激光誘導(dǎo)擊穿光譜可以快速簡(jiǎn)單的對(duì)樣品中元素進(jìn)行定量分析和定性分析。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)有望成為一種新的現(xiàn)場(chǎng)、實(shí)時(shí)礦石檢測(cè)手段。5.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(1) 既能用于分析導(dǎo)體又能用于分析非導(dǎo)體，適用于氣體、液體、固體等的檢測(cè)，適用面非常廣泛。(2) 可以分析高硬度、難溶的物質(zhì)，如陶瓷、一些超導(dǎo)體等；(3) 樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的預(yù)處理，研究對(duì)象再污染的幾率很??；(4) 對(duì)樣品的破壞性小，對(duì)試驗(yàn)對(duì)象所在的整個(gè)系統(tǒng)無(wú)干擾；(5) 可在惡劣條件下進(jìn)行；(6) 可以同時(shí)對(duì)

24、多種元素進(jìn)行分析；(7) 所需樣品量少(0.1.ug -1mg)；(8) 可遠(yuǎn)距離地進(jìn)行在線測(cè)量；(9) 檢測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單快速，物質(zhì)蒸發(fā)和激化可一次性完成，實(shí)現(xiàn)真正的快速分析。5.3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的局限由于強(qiáng)激光的作用，分析對(duì)象表面被激光電離而破壞了物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，因此，激光擊穿光譜技術(shù)只能對(duì)原子進(jìn)行分析，無(wú)法直接得到物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和進(jìn)行分子含量測(cè)量。盡管激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)有這些優(yōu)點(diǎn)，但是要使它發(fā)展成為一項(xiàng)成熟的具有高靈敏度的、高檢測(cè)限的定量分析技術(shù)，還有大量的研究工作要做，這是因?yàn)檫@項(xiàng)分析技術(shù)依賴許多因素，比如激光的功率密度、第三元素的干擾、待分析樣品的物理和化學(xué)性質(zhì)、環(huán)境氣體的壓力以

25、及樣品表面幾何和機(jī)械特性、樣品的基質(zhì)效應(yīng)、分析線的選擇、背景信號(hào)的抑制、信噪比的提高等。這些因素對(duì)激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的影響以及確定最佳的實(shí)驗(yàn)測(cè)定條件都有待于進(jìn)一步研究，這些研究成果對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展將起到重要的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。6 結(jié)論激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)作為一種目前正在發(fā)展中的對(duì)樣品中元素成分進(jìn)行快速、現(xiàn)場(chǎng)定量檢測(cè)的分析技術(shù)，因其可遠(yuǎn)距離檢測(cè)、破壞性小、靈敏度高、檢出限低、可進(jìn)行多元素同時(shí)分析等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，最近幾年國(guó)際上對(duì)LIBS的研究熱度開(kāi)始不斷升高，在社會(huì)工業(yè)應(yīng)用、環(huán)境工程 、深空探測(cè) 、文物保護(hù) 、醫(yī)療等各個(gè)行業(yè)都表現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)激光誘導(dǎo)等離子體的認(rèn)識(shí)和儀器設(shè)備的改進(jìn)將不斷深入，激光等離子體光譜分析技術(shù)會(huì)日臻完善。目前LIBS技術(shù)雖已被廣泛地應(yīng)用于對(duì)各類樣品的定性定量分析，但這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展并沒(méi)有完全成熟，一些工作還有待開(kāi)展。參考文獻(xiàn)1 侯冠宇，王平，佟存柱.激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展J.中國(guó)光學(xué)，2013,6(4)491492.2 馬藝聞，杜振輝，孟繁莉，等.激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)應(yīng)用