激光诱导等离子体光谱分析
激光诱导等离子体光谱法
图1
2.实验
• 将无水NaCl化学纯、无水KCl化学纯、
无水MgSO4化学纯和无水FeCl3化学纯 与蒸馏水相混和，混合液中FeCl3的浓 度保持1%,改变NaCl、KCl、MgSO4的 浓度,分别倒入滴定管中进行测量。滴 定管固定在夹具上,水流表面位于透镜 焦点前,以防止空气被击穿,影响测量的 谱线强度.
简介（3）
•3. 该方法具有高检测灵敏度，
可实现在线检测，能够进行 物质的快速定性定量分析。
摘要：
• 1.以Nd:YAG激光调Q固体激光
器为激发光源,在建立的实验装 置上应用激光诱导等离子体光 谱技术对MgSO4、KCl、NaCl组 成的水溶液中Mg、K、Na含量 进行了探测。
摘要（2）
• 2.实验显示,当水溶液中加入1%的
图6、7、8
• 分别为测得的Mg的浓度(CMg,浓度范围
0.05%~2%)与Fe的浓度(CFe)之比与它们 的谱线强度之比(I383.826/I382.043),K的 浓度(CK,浓度范围0.5%~2%)与Fe的浓度 (CFe)之比与它们的谱线强度之比 (I404.414/I406.399),Na的浓度(CNa,浓度 范围0.1%~1.5%)与Fe的浓度(CFe)之比与 它们的谱线强度之比 (I330.232+330.299/I329.813),每个数据是 10发平均结果。
激光诱导等离子体光谱技术
激光诱导等离子体光谱技术
激光诱导等离子体光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）是一种分析技术，它利用激光将样品转
化为等离子体，并通过测量等离子体辐射的光谱来识别和定量样品中的元素。
激光诱导等离子体光谱技术的工作原理是，通过将高能、短脉冲的激光照射到样品表面，激光与样品相互作用产生高温、高压的等离子体区域。在等离子体形成的瞬间，电子会被激发到高能级，随后退回基态时会释放出特定波长的光。这些光谱信号可以被通过光谱仪器进行检测和分析。
激光诱导等离子体光谱技术具有许多优点，包括快速分析速度、非接触性、无需样品前处理、不受样品形状和状态限制等。它可以广泛应用于材料分析、环境监测、金属矿产勘探、农产品质量检测等领域。
然而，激光诱导等离子体光谱技术也存在一些限制，比如需要高功率激光及相关设备，对样品表面的清洁程度要求较高，以及在测量过程中可能产生的光谱重叠等问题。
总的来说，激光诱导等离子体光谱技术是一种快速、高灵敏度的分析技术，具有广泛的应用前景，在不同领域的科学研究和应用中发挥着重要作用。
激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用研究进展
激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用研究进展
摘要：
重金属污染对环境和人类健康造成了严重威胁。因此，开
发高效准确的监测方法至关重要。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种无损、快速、便携和高灵敏度的方法，近年来在重金属环境监测中得到了广泛应用。本文概述了激光诱导击穿光谱技术的原理和优势，并总结了其在重金属环境监测中的应用研究进展。通过分析文献和研究成果，我们发现LIBS技术在
重金属元素分析、样品分类和质量控制等方面展现出良好的前景。然而，目前仍存在一些挑战需要克服，如定量分析的准确性和标准化方法的建立。因此，今后的研究需要着重解决这些问题，进一步提高激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用水平。
1. 引言
重金属是一类具有毒性的元素，常见的有铅、汞、镉和铬等。它们由于工业生产和废物处理等活动被排放到环境中，严重污染了土壤、水体和大气等环境介质。重金属的积累和富集
对生物体产生毒性作用，给生态系统和人体健康带来了极大的风险。因此，建立一种高效准确的重金属环境监测方法对于环境保护和人类健康至关重要。
2. 激光诱导击穿光谱技术原理
激光诱导击穿光谱技术利用激光的能量作用于样品表面，使其蒸发和电离形成等离子体。等离子体中的原子和离子经过激发和跃迁过程，发射出特定频率的光谱线。通过分析这些发射光谱，可以确定样品中的元素成分和浓度。LIBS技术具有无损性、快速性、便携性和高灵敏性等优点，因此被广泛应用于各个领域。
3. 激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用
3.1 重金属元素分析
通过LIBS技术可以实现对重金属元素的快速分析。研究表明，LIBS技术可以准确测定土壤、水体和废物中重金属元素的含量，并且与传统的分析方法具有相当的准确性和可靠性。此外，由于LIBS技术的快速性，大量的样品可以在短时间内进行分析，从而提高了分析效率。
激光诱导击穿光谱技术
激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）
姓名：李记肖
学号：3114313040
班级：电子硕4128班
邮箱：465471316@
1激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）简介
激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy ）简称为LIBS，是由美国Los Alamos国家实验室的David Cremers研究小组于1962年提出
和实现的。自从1962年该小组成员Brech最先提出了用红宝石微波激射器来诱导产
生等离子体的光谱化学方法之后，激光诱导击穿光谱技术开始被广泛应用于多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA的火星探测计划CHEMCAM等，并且开发出了许多基于LIPS技术的小型化在线检测系统。
2LIBS发展概况
自1960年世界上第一台红宝石激光器问世，两年后Brech和Cross就实现了固体样品表面的激光诱导等离子体，开启了LIBS技术的历程。1963年，调Q激光器的发明大大促进了LIBS技术的发展，这种激光器的单个短脉冲具有极高的功率密度，足
以产生光谱分析所需的激光等离子体。因此调Q激光器的发明被称为LIBS技术诞生的标志。1965年Zel ' dovichnd Raizer把LIBS技术的应用延伸到气体样品。70年代初，Jarrell-Ash和Carl Zeiss制造了世界上第一台工业应用LIBS设备，需要说明的是，这套LIBS设备中，短脉冲激光用于烧蚀样品，然后用电弧激发样品。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）曾致力于LIBS分析技术的机理研究和应用，在1987年将其应用于乏燃料后处理工艺中铀浓度分析。在八十年代，LIBS被应用于液体样品以及分析土壤中的金属及污染物。德国卡尔斯鲁厄核中心从上世纪90年代初开始，致力于将LIBS应用于高放废液玻璃固化工艺控制分析，获得巨大成功，随后模拟高放废液玻璃固化体中27种元素的实时定量分析。
libs激光诱导击穿光谱
libs激光诱导击穿光谱
激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种分析技术，通过激光脉冲诱导样品形成等离子体，然后使用光谱仪
来分析等离子体中的发射光谱，从而确定样品中元素的存在和浓度。
LIBS技术具有以下几个特点：非接触性、快速、无需样品预处理以
及对大多数样品均适用。这些特点使得LIBS在很多领域得到了广泛应用，如环境监测、冶金学、博物馆保护、食品和饮料质量检测等。
LIBS技术的基本原理是，在激光脉冲照射样品表面时，激光能量会
被吸收并加热样品，达到等离子体形成的温度。当激光能量足够高时，样
品表面会发生等离子体产生的现象，形成一个包含高温等离子体的小火球。这个高温等离子体内部的原子和离子会发射出光，形成光谱信号。
LIBS结果的分析主要依赖于光谱仪测量到的光谱信号。利用光谱信号，可以确定不同元素产生的光谱线，从而确定样品中的元素种类。通过
测量光谱信号的强度，可以推测元素的相对浓度。此外，利用激光与样品
的相互作用，还可以获取有关样品中化学反应和材料特性的信息。
LIBS技术的应用非常广泛。在环境监测方面，LIBS可以用于检测土
壤中的重金属含量，以及检测大气污染物。在冶金学中，LIBS可以用来
分析金属合金中的成分，以及检测炉渣中的杂质。在博物馆保护领域，LIBS可以用来鉴别文物中的材料成分，以及检测文物表面的污染物。在
食品和饮料质量检测中，LIBS可以用来检测农产品中的重金属污染，以
及检测饮料中的成分。
LIBS技术的快速、非接触和无需样品预处理的特点，使得它成为了
激光技术中的化学应用解析
激光技术中的化学应用解析
激光技术作为一种高新技术，其在化学领域的应用日益广泛。激
光技术具有高度定向性、高能量密度、快速反应速度等特点，使其在
化学分析、化学合成、光化学反应等方面发挥了重要作用。本文将从
激光诱导荧光技术、激光诱导击穿光谱技术、激光等离子体质谱技术
等多个方面对激光技术在化学中的应用进行解析。
1. 激光诱导荧光技术
激光诱导荧光技术是一种基于激光与物质相互作用的原理，通过
激发样品产生荧光信号来实现对样品的检测与分析。利用激光的高能
量密度和单色性，可以有效地激发样品中的荧光团，使其产生荧光信号。这项技术在环境监测、食品安全、生物医学等领域具有重要应用，能够实现对微量物质的灵敏检测和定量分析。
2. 激光诱导击穿光谱技术
激光诱导击穿光谱技术是利用激光器在样品表面产生等离子体，
并通过检测等离子体发射的特征辐射来实现对样品的分析。这种技术
具有非接触式、无损伤性、高灵敏度等优点，可广泛应用于材料分析、痕量元素检测、金属合金分析等领域，为化学研究提供了强大的工具
支持。
3. 激光等离子体质谱技术
激光等离子体质谱技术是将样品表面或气相样品通过激光器产生
等离子体，并通过质谱仪器对等离子体进行分析鉴定。这种技术在痕
量元素检测、岩石矿物分析、生物标本成像等方面具有重要应用，可
实现对样品中各种元素及其同位素的定量和定性分析。
综上所述，激光技术在化学领域中的应用呈现出日益多样化和广
泛性。随着科学技术的不断发展和进步，相信激光技术将会在化学领
域中发挥越来越重要的作用，为化学研究和实践带来更多创新和突破。
激光诱导等离子体光谱法(LIPS)及其影响因素
基于LIPS检测铬铁碳含量时影响因素的分析
摘要利用聚焦的强激光束入射物体表面产生激光等离子体，对等离子体中原子和离子发射谱进行元素分析叫做激光诱导等离子体光谱法(Laser-induced plasma spectroscopy)，简称LIPS。由于LIPS测量方法具有许多优点，如不需对样品进行预处理，快速、无损检测，高灵敏度，可以对固体、液体、气体中的悬浮颗粒等进行实时的现场检测，所以这种方法逐渐成为化学分析的一种重要方法。影响分析检测的主要因素有激光的能量密度，激光的波长，激光脉冲宽度，样品的物理化学性质，以及周围环境气体的性质和压力等的影响。
关键字激光诱导等离子体光谱法(LIPS) 碳元素含量光谱仪影响因素
1引言
激光诱导等离子体光谱法（LIPS）是基于高强度的脉冲激光与材料相互作用，产生等离子体，对等离子体辐射的光谱分析，获得被测物质的成分和含量，适用于固体、液体和气体样品。脉冲激光束（脉宽纳秒量级，单脉冲能量几十毫焦）经透镜聚焦后作用于样品表面，能量密度达到GW/2cm以上，辐照处物质蒸发、气化后形成稠密的等离子体，等离子体一般能持续几十微秒后衰减消失。激光诱导等离子体光谱法装置简便，样品无需预处理，发射一次脉冲能同时测量多种元素，可以实现快速的在线分析，大大提高生产效率，以及实现有毒、强辐射等恶劣环境下远距离、非接触性探测分析。LIPS 的应用领域非常广泛，在环境保护，地质矿藏勘探，核燃料分析处理钢铁冶金，考古,海洋等领域都有广泛的应用。
2 LIPS的装置与实验结果
2.1 LIPS的典型装置
激光诱导击穿光谱技术讲解
激光诱导击穿光谱的原理、装置
及在地质分析中的应用
摘要
激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定量检测的分析技术。为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和发展现况以及这项技术的应用情况，在课堂学习和相关基础实验的基础上，通过查阅相关文献和书籍进行了分析、整理、归纳。文章从LIBS的由来、基本原理和实验装置进行了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。
关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析
The Principle and Device of Laser Induced
Breakdown Spectroscopy and
its Application in Geological Analysis
ABSTRACT
Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To comprehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology, the current development status of LIBS technology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBS are reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects.
激光诱导击穿光谱技术
word
激光诱导击穿光谱的原理、装置
与在地质分析中的应用
摘要
激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在开展中的对样品中元素成分进展快速、现场定量检测的分析技术。为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和开展现况以与这项技术的应用情况，在课堂学习和相关根底实验的根底上，通过查阅相关文献和书籍进展了分析、整理、归纳。文章从LIBS的由来、根本原理和实验装置进展了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。
关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析
The Principle and Device of Laser Induced
Breakdown Spectroscopyand
its Application in Geological Analysis
ABSTRACT
Laser-induced breakdownspectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To prehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology,the current development status of LIBStechnology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBSare reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects.
激光诱导击穿光谱原理
激光诱导击穿光谱原理
激光诱导击穿光谱技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高，可以将任何物态（固态、液态、气态）的样品激发形成等离子体，LIBS技术（原则上）可以分析任何物态的样品，仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。再者，几乎所有的元素被激发形成等离子体后都会发出特征谱线，因此，LIBS可以分析大多数的元素。如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于评估每个构成元素的相对丰度，或监测杂质的存在。在实践中，检测极限是：1、等离子体激发温度的函数，2、光收集窗口，3、所观查的过渡谱线的强度。LIBS利用光学发射光谱，并且是该程度非常类似于电弧/火花发射光谱。
实验参数对激光诱导铝合金产生等离子体光谱的影响
度 和 电 子 密 度 在 不 同 环 境 气 压 和 不 同激 光 聚焦 距 离 下 的 空 间
分布情况 。 ｏ ｅ ７ Ｃ ｗｐ 等＿ 分别在标准大气压和真 空环境下对单 晶硅 的谱 线强度 、电子温度 和密度 进行 了比较 研究 。Ｌ 等＿ ｉ ８
讨论 了样 品参 数 、透镜 到样 品表 面距 离 （ｅ ｓｔ－ａ ｌ ｄｓ １ － ｓｍｐｅ ｉ ｎ ｏ —
ｔｎｅ Ｌ Ｓ 、 ａｃ ， Ｔ Ｄ） 取样模式 和环境气体成 分等条件 下煤样 品的
样 品 均 安 装 于三 维 调 节 平 台上 ， 过 调 节 三 维 平 台 移 动 透 镜 通
等离子体［ 从而阻碍后续激 光能量 ，谱线 强度大 幅衰减 。 １ ， 可见 ， 选择适 当的 Ｌ Ｓ Ｔ Ｄ可 以获得谱线 强度大 ，稳定性高 的 光谱信 号。下面 的实验 操作 中均把 Ｌ Ｓ Ｔ Ｄ设置 为 ３５ｍｍ， ４ 此时激光聚焦直径 为 ６ ０ ５ ｍ， 这焦斑 尺寸范 围下 样品表 在 面的不均匀性所带来 的误差也得到 了抑制［ 。 ］
分 析 情 况 。 ｎ 等 ｌ 比较 了 不 同 探 测 角 度 和 不 同 激 光 能 量 Ｔｏ ｇ ９
libs物理原理
libs物理原理
Libs物理原理
Libs是一种利用激光脉冲对物质进行分析的技术，它的全称是激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy）。这种技术可以用于分析各种物质的成分，包括固体、液体和气体。它的原理是利用激光脉冲对物质进行击穿，产生等离子体，然后通过分析等离子体的光谱来确定物质的成分。
Libs技术的核心是激光脉冲。激光脉冲是一种高能量、高强度的光束，它可以在极短的时间内将物质击穿，产生等离子体。等离子体是一种高温、高能量的物质状态，其中的原子和分子被电离，形成带电粒子。等离子体的光谱包含了物质的成分信息，因此可以通过分析等离子体的光谱来确定物质的成分。
Libs技术的另一个重要组成部分是光谱仪。光谱仪是一种用于分析光谱的仪器，它可以将光谱分解成不同波长的光线，并测量它们的强度。通过分析等离子体的光谱，光谱仪可以确定物质的成分。
Libs技术的应用非常广泛。它可以用于分析各种材料的成分，包括金属、陶瓷、玻璃、塑料等。它还可以用于环境监测、食品安全检测、医学诊断等领域。由于Libs技术具有非接触、快速、准确等优点，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛应用。
Libs技术是一种利用激光脉冲对物质进行分析的技术，它的原理是
利用激光脉冲对物质进行击穿，产生等离子体，然后通过分析等离子体的光谱来确定物质的成分。这种技术具有非接触、快速、准确等优点，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛应用。
激光诱导al等离子体的时间分辨光谱
激光诱导al等离子体的时间分辨光谱激光诱导al等离子体的时间分辨光谱
随着科学技术的进步，我们对物质世界的认识也越来越深入。而光谱
分析技术是现代物理学、化学等科学领域中不可或缺的分析手段之一。因为光谱特征可以为人们提供充分的信息，可以帮助人们了解物质的
结构、性质等方面的信息。在光谱分析技术中，时间分辨光谱是一种
重要的手段，它可以帮助我们了解化学反应、物理过程等中激发态的
演变与复杂动态。
在时间分辨光谱的研究中，激光诱导等离子体（Laser-Induced Plasma, LIP）技术被广泛地应用。激光诱导等离子体的形成是通过强激光束对
样品产生的局部等离子体而实现的。这个过程是非常快速的，时间尺
度在皮秒级别。而激光诱导等离子体的形成在过程中产生了很多能量，大量的分子离子化，形成了非常丰富的光谱信息。通过注册和分析这
种谱线，可以获得评估可能存在于样品中的元素及其化合物。这其中
包括痕量元素，例如矿物、痕量元素、大气中的气体或气溶胶。
与其他分析手段相比，激光诱导等离子体技术具有其独特的优势。首先，该技术可以用于非接触式的分析，对于那些危险的、高温、高压
等条件下无法直接采集样品的情况下很有用。其次，由于等离子体中
产生的光谱信息非常丰富，可以对物质的结构、形态等信息进行准确
的检测和分析。因此，在许多领域，例如材料科学、地球科学、生命
科学等，激光诱导等离子体技术被大量应用，提供了很多宝贵的信息
和为相应的研究做出了巨大的贡献。
相比于一般的光谱分析技术，时间分辨光谱分析技术显得更加高级和深奥。这是因为时间分辨光谱分析技术要求很高的仪器和研究技术。例如，除了要求强激光束产生充足的等离子体脉冲信号，还需要仪器具备很高的精度和时间分辨率以能够收集到单个事件的光谱信息。这些技术难度要求，需要研究人员具备较高的专业技能和实践经验。
激光诱导等离子体光谱法检测合金钢组分的实验研究
７４ ８
光谱 学与光谱分析
第 ３ 卷 ０
获取数据 ， 光学 分辨率约 为 ０ １ｎ Ｆ ． ｍ（ ＷＨＭ） ，最小 积分 时
品 ，编号 为 Ｇ Ｗ０ ６ ５ ０ ６ ９ Ｂ １０ － １０ ，样 品组分 及 相应 含量 见表
探 头收集激光激发 的等离 子体辐射光谱 ，并传送 到多通道光 栅光谱仪 ，最后经光电转换及模数转换后采集到计算 机 中进 行光谱 信号分 析与处理 。光 谱仪使用 ７个线性 Ｃ Ｄ 阵列探 Ｃ 测器用 于 ２０ ８ ｍ带宽 的分析 。 有光谱仪将 同时触发 ０ ￣９ ０ｎ 所
实时性 、快速性 、 无需样 品制备及 消耗样 品量少 等特性 。可
第３卷 ， ３ ０ 第 期
２０ １０年 ３月 wenku.baidu.com
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ３ ｐ ７ ３ ７ ７ １３ ， ． ， ｐ ８ —８ Ｍ ａｃ ｒ ｈ，２ １ ００
钢之 间的相互作用 。系统地研究 了观测距离 、 激光能量对高合金钢样 品中激光诱导击穿谱特性 的影响 ，并分 析 了 ＬＢ Ｉ Ｓ信号的时间分辨特性 ， 确定 了将 ＬＢ Ｉ Ｓ用于合金钢微量元素定量分析时的最佳实验条件 。 关键词 激光诱导击穿光谱技术 ；时间演化 ； 高合金钢
多脉冲高能量强激光诱导产生Al等离子体发射光谱分析
多脉 冲 高 能 量 强激 光 诱 导 产 生 Ａｌ 离 子体 等 发 射 光 谱 分 析
姚红兵， 孟春梅， 张永康 ， 佟艳群 ， 管海兵
（ 苏 大 学 机械 学 院 ，光 子 制 造 科 学 与 技 术 省 重 点 实 验 室 ，江 苏 镇 江 ２ ２ １ ） 江 １ ０ ３
第 ２ ３卷 第 ８期
２ １ 年 ８月 ０１
强 激 光 与 粒 子 束
Ｈ Ｉ Ｈ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡ ＳＥＲ Ａ Ｎ Ｄ Ｇ ＰＡ ＲＴ Ｉ ＣＬＥ ＢＥＡ Ｍ Ｓ
Ｖｏ ． ３，Ｎｏ． １２ ８
Ａ ｕｇ ．，２ １ ０１
文 章 编 号 ： ｌ ０—３ ２ ２ ｌ） ８２ １－５ Ｏ １ ４ ２ （ Ｏ １ ０ — １ １ ０
摘 要 ： 用 Ｎ ： ＡＧ 脉 冲 激 光 器 产 生 的 １ ０４ ｍ 激 光 ， 空 气 环 境 下 作 用 于 金 属 Ａｌ 导 产 生 等 离 子 ｄＹ ． ６ 在 诱 体 ， 得 了不 同能 量 以及 多 次 脉 冲 烧 蚀 下 的 Ａ１ 离 子 体 发 射 光 谱 ， 析 了谱 线 强 度 与 能量 变 化 之 间 的关 系 ， 获 等 分 实 验 结 果 表 明 ： 激 光 能 量 的增 加 ， 线 的信 号 强 度 明 显增 强 ； 等 离 子 体 光 谱 进 行 Ｌ ｒｎｚ 型 拟 合 ， 取 了 谱 随 谱 对 ｏｅ ｔ 线 获 线 的半 高宽 ， 以此 来 计 算 电子 密 度 ， 到 了 电子 密度 及 信 号 强 度 随 多 脉 冲强 激 光 诱 导 次 数 的增 加 而逐 渐 下 降 的 得
等离子体 测试方法
等离子体是一种由自由电子和离子组成的高能量、高活性的物质状态，常见的等离子体测试方法包括但不限于以下几种：
1. 发射光谱法：通过测量等离子体发射的光谱线的强度和波长，可以确定等离子体中的元素组成和浓度。
2. 激光诱导荧光法：利用激光激发等离子体中的原子或分子，使其产生荧光，通过测量荧光的强度和波长，可以确定等离子体中的元素组成和浓度。
3. 质谱法：通过将等离子体中的离子引入质谱仪中进行分析，可以确定等离子体中的元素组成和浓度。
4. 光学发射光谱法：通过测量等离子体发射的光谱线的强度和波长，可以确定等离子体的温度和电子密度。
5. 激光干涉法：利用激光干涉仪测量等离子体中的密度波动，可以确定等离子体的电子密度和温度。
以上是一些常见的等离子体测试方法，不同的测试方法适用于不同的等离子体参数和应用场景。在选择测试方法时，需要根据具体的需求和实验条件进行选择。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
激光诱导等离子体光谱分析
激光光谱分析与联用技术
读书报告
日期：2011年5月25日
激光诱导等离子体光谱法
摘要：本文概述了激光诱导等离子光谱法的发展概况、基本原理、基本特性、仪器装置、应用方向和研究进展，并对该光谱法进行了展望。关键词：激光诱导等离子体光谱研究进展
前言：
激光诱导等离子体（LIP）近年来尤为受到关注，已经成为研究激光与物质相互作用的重要工具，在光谱分析，激光薄膜沉积和惯性约束核聚变等方面也有着广泛的应用。随着激光和阵列探测器的发展，激光诱导等离子体光谱技术（laser-induced plasma spectroscopy或者
laser-induced breakdown spectroscopy）在近30年内取得长足发展，成为原子光谱分析阵营中的一颗明星，犹如早些年的火焰原子吸收光谱法、光电直读光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法，在很多领域得到广泛的应用。
1.发展概况
LIPS自1962年被报道以来，已被广泛地应用到多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、
环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA 的火星探测计划CHEMCAM等，并且开发出了许多基于LIPS技术的小型化在线检测系统。
LIPS发展可以分为三个阶段：第一个阶段是至自1962年提出到70年代中期，主要是在于研发利用光电火花源产生等离子体的仪器。第二个阶段是从1980年开始，这种技术重新被人们重视，但实际应用仍然受到笨重的仪器阻碍。第三个阶段是1983年迄今，激光诱导等离子体光谱开始以缩写形式LIPS，开始被商业公司开发应用。这种趋势导致分析工作更加集中于发展坚固的、移动的仪器。此时光纤也被应用于LIPS系统中，主要用于将等离子体发射信息和激光脉冲耦合进光谱仪。
近20多年来，LIPS测量技术在各个行业都有不同程度的应用。通过改进实验LIPS装置来提高测量精度。到上个世纪90年代中期开始，一些商业公司便开发出便携式半定量的成品仪器，
LIPS仪器开始走向经济型商业化，从而更加有力地深入到各行业的应用中。
2.基本原理
脉冲激光束经透镜会聚后辐照在固体靶的
表面，激光传递给靶材的能量大于热扩散和热辐射带来的能量损失，能量在靶表面聚集，当能量密度超过靶材的电离阈值时，即可在靶材表面形成等离子体，具体表现为强烈的火花，并伴随有响声。激光诱导的等离子体温度很高，通常在10000K以上，等离子体中含有大量激发态的原子、单重和多重电离的离子以及自由电子，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射，用高灵敏度的光谱仪对这些光辐射进行探测和光谱分析分析，就可以得到被测样品的成分、含量等信息。通常经过聚焦后的激光功率密度达到GW/cm2量级，光斑处物质蒸发、气化和原子化后电离，形成高温、高压和高电子密度的等离子体。
等离子体的形成机理尤为复杂，通常认为有
三种电离方式：（1）光电离。激光的单光子能量大于介质原子的电离能时，可发生单光子吸收电离，一般发生于激光的波长较短的情况下。若原子的电离势达到光子能量的数倍时，可发生多光子吸收效应而电离，即原子和分子吸收两个或两个以上的光子而电离。（2）热电离。在高温情况下，原子的热运动速率很大，携带很高的能量，这样原子间相互碰撞，使原子的外层电子能够脱离核的束缚而电离。(3)碰撞电离。带点粒子在激光电场下加速获得能量，与其他原子发生碰撞，若原子中的电子获得足够多的能量脱离原子的束缚，发生电离，随着带电粒子的增多，最终发生雪崩电离，物质被击穿，形成致密等离子体。等离子体是物质的第四态，即电离了的“气体”，由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态．等离子体的演化过程如图1所示。
图1：等离子体演化示意图图2：等离子体能级示意图
图2是等离子体能级示意图，能级分为3个区域：在原子的电离能以上的区域为能量连续区，对应电子的自由能级；接近电离能的下方为一准连续区，主要是由于Stark效应使得原子与离子的能级展宽，能级发生重叠所致，等离子体温度越高，电离程度越大，准连续区就越宽；在准连续区域以下对应得则是粒子的束缚能级。等离子体中的束缚—束缚跃迁产生元素的特征光谱，束缚—自由跃迁产生连续谱线。各种靶材激发等离子体所需要的激光功率密度不同，对于任一种样品，都有一个特定的激光功率密度值，当聚焦在样品上的功率密度达到或超过这个值后，才能产生激光等离子体，这个特定的激光功率密度值被称为这种样品物质的电离阈值。经研究发现，产生激光诱导等离子体的烧蚀域值一般都在
MW/cm2量级上。如果入射激光能量密度小于电离阈值，无法烧蚀样品产生等离子体，只有当功率密度超过物质的电离域值时，才能形成高温、高压等离子体。在气体中，原子化需要的能量很少，能量主要用于激发，气体中电离的阈值比在固体表面略高，典型的等离子体温度在20000K 以上。LIPS方法也可用于液体，在液体表面产生等离子体，若液体相对于激光波长透明，也可烧蚀液体内部长生等离子体。与气体中的等离子体相比，液体中等离子体衰减更快，出现谱线的加宽以及更低的等离子体温度，其数值通常在7000-12000K之间。LIPS技术还可用于空气中的悬浮粒子，这在环境监测上是很高的应用价值。让激光脉冲直接作用于气体，完成烧蚀，蒸发和激发，另一种处理方式，先让过滤器吸附粒子，再让激光脉冲作用与被吸附的粒子，这和激发固体样品过程相同。
3.基本特性
激光诱导等离子体在各科学研究领域应用
的潜力越来越被人们所认识。了解和掌握等离子体的形成机理和基本特性, 对于正确有效地运
用其解决科研和生产中的实际问题, 提高科学
技术水平具有十分重要的意义。激光与物质相互作用与激光的特性( 能量、脉宽、波长、焦斑大小) 、材料的性能( 光热性能) 以及背景气氛和气压都有密切的联系, 实验条件的改变对激光
与物质相互作用过程会带来很大的影响。
3.1 等离子体的形状
自从激光问世以来, 人们广泛地研究了激
光诱导等离子体的形成机理和条件。当输出能量为1 J左右的聚焦激光束作用于大气压下的固
体表面上时, 由于光热效应使光斑处温度达到10000 K, 经数十µs便产生一个空间等离子体,其特性是局部温度高、离子密度大、气体压力大、空间直径小( 约1mm) 。为了解和改善等离子体的特性, 目前多在低真空条件下研究等离子体
的行为。Knight等人的实验表明, 在一确定实验条件下, 在空气中形成的等离子体直径约为