激光诱导等离子体光谱法(LIPS)及其影响因素

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激光诱导等离子体光谱元素成像技术研究进展及其在核材料检测领域的应用

激光诱导等离子体光谱元素成像技术研究进展及其在核材料检
测领域的应用
田雨薇;王远航;高智星;何运;王钊;孙伟
【期刊名称】《中国无机分析化学》
【年(卷),期】2024(14)6
【摘要】激光诱导等离子体光谱(LIPS)元素成像技术以其具备测量不受辐射本底影响、测量速度快、样品制备相对简单、可远程分析放射性样品等优势在核材料检测领域展现出巨大的潜力。

对激光诱导等离子体光谱元素成像技术的成像系统和数据处理两个方面进行综述,并对其研究进展和在核材料检测领域的应用进行综合分析,总结LIPS元素成像技术的优势与面临的挑战,对LIPS元素成像技术在核材料检测领域的发展趋势进行了展望。

【总页数】10页(P739-748)
【作者】田雨薇;王远航;高智星;何运;王钊;孙伟
【作者单位】中国原子能科学研究院核物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O657.88
【相关文献】
1.激光诱导击穿光谱技术在土壤元素检测中的应用
2.激光诱导等离子体光谱法在土壤检测中的应用
3.激光诱导击穿光谱技术在金属元素检测中的应用研究进展
4.基
于激光诱导击穿光谱的元素成像技术研究进展5.激光诱导击穿光谱技术在半导体材料检测方面的应用进展
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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.
图2
随时间变化,含有MgSO4, NaCl, KCl和FeCl3水溶液样品的LIPS光谱
为了在同一窗口下获得高信噪比及空间上可分辨的测量元素与参考元素的谱线,所取的用于测量Mg、K和Na的谱线窗口分别如图3、4、5所示。
• 图3为当混合液中含有2%的Mg、
0.5%Na、0.5%K和1%Fe时得到的 377.7~386.7nm范围的谱线,这里以Fe 的382.043nm谱线作为内标线,将Mg的 383.826nm谱线强度与之比较。
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。
FeCl3,并以Fe元素谱线作为定标线, 且水溶液中Mg、K、Na的浓度范围分别为0.05%~2%、0.5%~2%、 0.1%~1.5%时,测得的Mg、K、Na 浓度与Fe的浓度之比与它们的谱线强度之比呈很好的线性关系,线性相关系数分别为0.99783、 0.99402、0.99267。

激光诱导击穿植物样品等离子体光谱的研究的开题报告

激光诱导击穿植物样品等离子体光谱的研究的开题报告一、选题背景植物中的元素和化合物的组成对其自然界和人类使用都具有重大意义。

因此，研究植物样品中元素和化合物的分布是非常重要的。

传统的分析方法包括化学分析和光谱分析等方法。

然而，这些方法有其局限性。

化学分析方法需要大量的样品预处理，而且在分析过程中需要使用许多昂贵的试剂。

光谱分析方法则具有非常高的灵敏度和选择性，但对于植物样品等离子体的直接分析存在困难。

激光诱导击穿（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种新型的光谱分析方法，它通过激光的瞬间高能量输入，产生样品中的等离子体，从而实现样品成分的分析。

该方法具有样品无需预处理、非接触、快速分析、高灵敏度等优点，已被广泛应用于地质、环境、材料等领域。

近年来，LlBS在植物样品分析领域也取得了一定的进展，但还存在着一些挑战，其中最主要的是植物样品的复杂性，以及在植物部位分析过程中的不均性等问题。

因此，本研究旨在通过对植物样品中元素和化合物成分的分析，探索LlBS技术在植物样品分析中的应用，并进一步优化样品制备和测试方法，提高LlBS分析植物样品的准确性和可靠性。

二、研究目的（1）开展激光诱导击穿对植物样品等离子体光谱分析的研究工作。

（2）对激光诱导击穿对植物样品等离子体光谱分析的优化处理方法进行探索研究。

（3）通过对植物样品的分析，为LlBS技术在植物样品等离子体光谱分析领域中的应用提供科学依据。

三、研究方法（1）收集植物样品并进行试制样品。

（2）进行激光诱导击穿分析植物样品等离子体光谱，分析植物样品中的元素和化合物成分。

（3）对激光参数、样品制备等因素进行探讨和优化，提高激光诱导击穿对植物样品等离子体光谱分析的准确度和可靠性。

（4）对实验结果进行分析，并与其他分析方法进行比较。

四、研究意义（1）通过对植物样品中元素和化合物成分的分析，为植物的自然界和人类的应用提供科学依据。

激光诱导空气等离子体的实验研究_李玉

配分函数：
( ) ∑ US（T） =
gk exp
－ Ek kT
（8）
根据归一化关系可以得到各分析元素的浓
度。
利用上述自由定标法计算标准大气压下空气
中 N、O 元素的浓度。将 OⅠ396． 159、441． 697、
777． 194、 844． 676 以及 NI566． 663、 592． 781、
个光学薄等离子体；并且激光等离子体内原子的
组成能真实反应分析对象的物质组成。利用自由定标法［5］，根据实验得到的谱线的相对强度可以
计算出分析组分的浓度。
2． 2 定量分析空气中含有的元素成分
实验观察到的粒子特征谱线强度可用下式
表示：
I
ki λ
=
FCS
gkAki exp（－ Ek US （ T）
Abstract： The elemental composition in air was measured under standard atmosphere pressure by laser-induced plasma． Assuming that the air was completely composed of N and O element，the oxygen and nitrogen element content in air were obtained by calibration-free model，which was compared with the actual result． Thus it demonstrates that the feasibility of the quantitative analysis by Laser-induced plasma spectroscopy，which lay the foundation for its application in the quantitative analysis of plasma． Key words： laser-induced plasma technology；calibration-free；quantitative analysis

激光诱导击穿光谱仪参数

激光诱导击穿光谱仪（LIPS）是一种用于分析材料成分的仪器。

其参数包括：1.激光波长：LIPS通常使用紫外激光、绿色激光或红色激光，波长一般在200-1000纳米范围内。

2.激光脉冲宽度：激光脉冲宽度越窄，能量越高，对样品的破坏也越大。

一般来说，LIPS的激光脉冲宽度为纳秒级别。

3.激光能量：激光能量越高，能够产生更明显的光谱信号。

LIPS的激光能量一般在微焦耳至毫焦耳之间。

4.接收光学系统：接收光学系统包括光纤、光谱仪和探测器等组件。

光谱仪的分辨率越高，可以分析的元素就越多。

5.样品制备：由于样品的不同形态和性质，需要采用不同的样品制备方法，如液体样品需要通过喷雾或者溅射的方式制备成微小颗粒，而固体样品需要研磨成粉末或者切割成薄片等。

以上是激光诱导击穿光谱仪的一些常见参数，它们的不同组合可以用于不同的样品分析和应用场景。

激光诱导等离子体的过程

激光诱导等离子体的过程
激光诱导等离子体（Laser-Induced Plasma, LIP）是一种利用激光脉冲产生高温等离子体的过程。

其主要过程如下：
1.激光吸收：当高功率激光束照射到物质表面时，
由于光的能量被物质吸收，物质表面的温度会快速升高。

2.离子化：当物质表面的温度升高到足够高的程度
时，原子和分子开始失去电子，形成等离子体。

这个过程通常被称为离子化或电离。

3.等离子体形成：一旦开始产生离子，它们会和其
他的自由电子、离子、原子等一起形成一个高温、高压的等离子体云团。

4.等离子体膨胀：由于等离子体的温度非常高，它
们会开始向周围膨胀，释放出大量的能量。

这个过程会伴随着强烈的光辐射、声波、冲击波等现象。

激光诱导等离子体的产生是一个极其快速和瞬态的过程，其形成的等离子体通常只存在几纳秒或几十纳秒的时间。

尽管如此，这种过程在工业、医学、科学研究等领域都有着广泛的应用，例如用于激光打印、激光切割、激光检测、生物医学治疗等等。

激光诱导发射法在过程气体分析中的应用研究

激光诱导发射法在过程气体分析中的应用研究激光诱导发射法（LDI）是一种基于激光诱导等离子体（LIP）生成的方法，通过激光辐射样品，使其产生等离子体，从而实现分子光谱的测量。

这种分析方法已经在过程气体分析领域得到广泛应用，并且在监测大气污染物和工业排放气体中发挥重要作用。

本文将对激光诱导发射法在过程气体分析中的应用研究进行探讨。

首先，激光诱导发射法具有快速高效的特点，这使其在过程气体分析中具备优势。

相比于传统的气体分析方法，如气体色谱和质谱，LDI可以实现实时在线监测。

同时，LDI对被测样品具有非接触性，不会对样品造成损害，避免了传统方法中样品制备和处理的步骤，减少了实验成本和时间。

其次，激光诱导发射法在过程气体分析中的应用研究主要集中在两个方面：气体成分分析和气体浓度测量。

在气体成分分析方面，LDI可以通过分析样品产生的等离子体光谱来确定气体中的成分。

例如，通过测量气体中特定分子的吸收峰，可以确定样品中是否存在污染物或目标化合物。

在气体浓度测量方面，LDI可以利用等离子体辐射的强度与气体浓度之间的关系来进行定量分析。

通过校准实验，可以建立测量信号和气体浓度之间的线性关系，从而实现浓度的准确测量。

此外，激光诱导发射法还可以与其他分析技术相结合，提高过程气体分析的准确性和灵敏度。

例如，将LDI与质谱（MS）联用，可以实现对气体中微量组分的分析，提高检测的灵敏度。

同时，利用LDI与红外光谱（IR）联用，可以实现对气体中不同分子键的分析，扩展了LDI在过程气体分析中的应用范围。

但是，激光诱导发射法在过程气体分析中仍然存在一些挑战和限制。

首先，由于样品的复杂性和多变性，LDI对于不同样品的适应性有限，需要进行样品预处理和优化实验条件。

其次，LDI在过程气体分析中对环境温度、气体压力等因素的敏感性较高，需要进行仪器校正和温度控制等操作以保证测量结果的准确性。

此外，设备复杂，运行和维护成本较高，对操作者的要求较高。

激光诱导等离子体光谱法（LIPS）元素分析钢铁成分分析定量分析

激光诱导等离子体光谱法（LIPS）元素分析钢铁成分分析定量分析激光诱导等离子体光谱法(LIPS)论文：用激光诱导等离子体光谱法分析碳钢样品中碳含量的实验研究【中文摘要】激光诱导等离子体(LIPs)近年来作为光谱源受到广泛关注。

LIPs的光学发射谱( OES ),被称为LIPS ( laser-induced plasma spectroscopy)或者LIBS(laser-induced breakdown spectroscopy),已经成为元素分析的有力工具。

作为一种光谱分析技术,LIPS已经证明了它的独特的多功能性,它允许对几乎任何材料进行快速的少接触的分析,因此可以用这种技术应对许多不同实际问题中的特殊要求。

本文研究的是将LIPS应用于钢铁的成分分析,为将来LIPS用于钢水成分的在线分析打下实验基础。

论文对激光诱导等离子体光谱法在国内外的发展作了系统的论述,着重调研了激光诱导等离子体光谱法在金属冶炼中的应用实例。

介绍了激光诱导等离子体光谱法分析元素含量的基本原理。

基于激光诱导等离子体光谱法的理论基础,结合钢水成分分析的实验目标,搭建了LIPS的实验平台。

在此平台上,对固态碳钢样品进行了定量分析分析,实验得到了固态碳钢样品的定标曲线,检测限460ppm。

实验分析了碳钢样品在熔融状态下的碳谱线,对影响液态碳钢定量分析的因素进行了分析。

此外,还对影响谱线强度和...【英文摘要】Laser-induced plasmas (LIPs) have acquired great interest in recent years as spectroscopic sources. The optical emission spectroscopy (OES) of LIPs, which has been called laser-induced plasma spectroscopy or laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has become a powerful tool for the elemental analysis. As an analytical technique, LIBS has demonstrated its unique versatility, allowing fastcontact-less analysis of almost any type of material and the possibility to adapt the technique to the special requir...【关键词】激光诱导等离子体光谱法(LIPS) 元素分析钢铁成分分析定量分析【英文关键词】Laser induce plasma spectroscopy (LIPS) elemental analysis steel analysis quantitative analysis 【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848【目录】用激光诱导等离子体光谱法分析碳钢样品中碳含量的实验研究摘要3-4ABSTRACT4第一章绪论7-26 1.1 激光诱导等离子体光谱法的简介7-11 1.2激光诱导等离子体光谱法的特点和应用前景11-16 1.2.1 激光诱导等离子体光谱法的特点11-13 1.2.2 激光诱导等离子体光谱法的应用前景13-16 1.3 LIPS在金属冶炼行业的应用实例16-19 1.4 本文的研究内容19-20参考文献20-26第二章激光诱导等离子体光谱法分析物质元素含量的方法26-44 2.1 激光诱导等离子体光谱的物理过程26-29 2.1.1 激光烧蚀作用和等离子体的产生26 2.1.2 激光和等离子体相互作用26-27 2.1.3 等离子体发射光谱27-29 2.2 等离子体发射光谱分析的两个基本概念29-31 2.2.1 光学薄条件29-30 2.2.2 局域动力学热平衡（LTE）30-31 2.3 激光诱导等离子体光谱的实验要点31-34 2.3.1 空间整体测量和空间分辨测量31-32 2.3.2 时间整体测量和时间分辨测量32-33 2.3.3 对LIPS产生影响的其他实验因素33-34 2.4 定量分析理论34-40 2.4.1 传统定标方法34-36 2.4.2 自定标方法36-40参考文献40-44第三章 LIPS的实验装置44-54 3.1 脉冲激光器44-45 3.2 激光聚焦和光谱采集的光学系统45-48 3.3 光谱仪48-50 3.4 时序控制系统50-51参考文献51-54第四章应用LIPS方法分析碳钢中碳含量的实验研究54-71 4.1 实验装置系统54-56 4.2 实验装置参数对实验结果的影响56-65 4.2.1 激光参数及其对LIPS谱线的影响56-58 4.2.2 光谱仪延迟时间的改变对LIPS谱线的影响58-62 4.2.3 样品到透镜距离对LIPS谱线的影响62-64 4.2.4 环境气体对LIPS谱线的影响64-65 4.3 固态碳钢样品的碳含量定量分析实验65-68 4.3.1 固态碳钢样品的谱线分析65-66 4.3.2 固态碳钢样品的碳含量定标曲线66-68 4.4 钢水的LIPS谱线分析68-70参考文献70-71第五章总结与展望71-73硕士研究生阶段发表的文章73-74致谢74。

《激光诱导击穿等离子体声波特性及应用》

《激光诱导击穿等离子体声波特性及应用》一、引言激光诱导击穿等离子体（Laser-Induced Breakdown Plasma，简称LIBP）技术是一种基于激光与物质相互作用产生等离子体的方法。

近年来，随着激光技术的快速发展，LIBP技术在声波特性及其应用领域的研究日益受到关注。

本文旨在探讨激光诱导击穿等离子体声波的特性，并对其在各个领域的应用进行探讨。

二、激光诱导击穿等离子体声波特性1. 声波产生原理激光诱导击穿等离子体声波的产生主要源于激光与物质相互作用过程中产生的热效应和光效应。

当高能激光照射到物质表面时，局部区域迅速加热至高温状态，产生熔融、蒸发等过程，形成高密度等离子体。

等离子体的膨胀与收缩过程将产生声波信号。

2. 声波特性分析（1）频率特性：激光诱导击穿等离子体声波的频率范围较广，可涵盖从低频到高频的多个频段。

不同物质和不同激光参数下，声波的频率特性有所不同。

（2）振幅特性：声波的振幅与激光能量、物质类型、环境条件等因素密切相关。

一般来说，激光能量越高，声波振幅越大。

（3）传播特性：激光诱导击穿等离子体声波在介质中的传播受到介质性质、温度、压力等因素的影响。

了解其传播特性对于声波的应用具有重要意义。

三、激光诱导击穿等离子体声波应用1. 物质成分分析利用激光诱导击穿等离子体产生的声波信号，可以实现对物质成分的分析。

通过对声波信号的频率、振幅等特征进行分析，可以推断出物质的类型、纯度等信息。

该方法具有非接触、无损检测等优点，在地质、环保、食品安全等领域具有广泛的应用前景。

2. 表面处理与改性激光诱导击穿等离子体声波可用于表面处理与改性。

通过控制激光参数和声波信号，可以对材料表面进行清洗、改性等操作，提高材料的性能。

例如，在金属表面处理、陶瓷材料改性等方面具有潜在的应用价值。

3. 医学诊断与治疗激光诱导击穿等离子体声波在医学领域也具有重要应用。

利用该技术可以实现对生物组织成分的分析、疾病的诊断和治疗。

激光诱导击穿光谱技术在医学诊断中的应用研究

激光诱导击穿光谱技术在医学诊断中的应用研究自20世纪70年代出现以来，激光诱导击穿光谱技术（LIPS）已经成为一种非常有前景的光谱分析方法，在医学诊断领域也得到了广泛的应用。

LIPS将激光通过样品，产生高电子温度、高电离度等多种物理和化学效应来实现基于原子和分子谱线的光谱分析。

LIPS技术具有快速、无需样品处理、对病人无侵害性等优点。

下面从三个方面来探讨LIPS技术在医学诊断中的应用研究。

一、LIPS技术在病毒检测中的应用病毒性疾病严重影响人民健康和社会安全。

传统病毒检测方法存在缺点：耗时长、操作复杂、灵敏度低等问题。

而LIPS在病毒检测中有着显著的优势。

以诊断乙肝为例，LIPS技术可以检测到HbsAg、HbeAg、HBV DNA等乙肝病毒标志物，而且具有高灵敏度、高特异性，可以在非常短的时间内确定病情。

美国疾病控制与预防中心（CDC）认可了LIPS技术在乙肝病毒检测中的应用。

二、LIPS技术在感染疾病检测中的应用感染疾病如肺炎、结核、脑膜炎等疾病的细菌、病毒检测通常需要进行分离培养，耗时长、操作复杂。

LIPS技术可以通过快速检测样品，判别感染病原体类型和数量。

比如，LIPS技术可以检测到肺炎支原体的多个标志物，并且实验时间只需要20分钟。

因此LIPS技术可以用来检测感染性疾病的早期诊断和预测患者恢复情况。

三、LIPS技术在癌症检测中的应用癌症早期预警及追踪病情变化需要一种快速、可靠的检测方法。

而LIPS技术在癌症检测中具有高度的应用潜力。

LIPS技术可以通过检测肿瘤标志物而判别癌症类型和数量。

例如，LIPS技术可以检测到前列腺素酰化酶（COX2）在大肠癌细胞中的表达，并且可以通过检测细胞中COX2的表达水平来判别大肠癌的恶性程度。

此外，LIPS技术还可以检测多个癌症标志物来确定肿瘤类型并评估病情。

结论总的来说，LIPS技术有着丰富的物理化学效应，并能够高效地检测多种物质。

在医学诊断中，LIPS技术可以用来检测感染性疾病、病毒性疾病和癌症等多种疾病。

激光诱导等离子体光谱法(LIPS)测定不锈钢中微量元素

激光诱导等离子体光谱法(LIPS)测定不锈钢中微量元素李静，翟超，张仕定，张鉴秋，孟祥儒摘要：激光诱导等离子体光谱技术(LIPS)是一种非接触式实时检测技术，将其用于对钢铁成分检测，可满足大型钢铁企业高速化、连续化、自动化生产要求。

以波长为1064 nm的Nd：YAG调Q固体激光器为激发光源，ICCD为探测器，标准不锈钢1Crl8Ni9Ti系列为样品在建立的LIPS实验装置上对样品中微量金属元素铝、锰、钴、钼和钛的含量进行了测量。

实验中通过对m工作的延迟时间和积分时间的合理设置得到高信噪比的谱线信号，在光谱数据处理时采用了基于基体效应的内标法。

实验结果显示，测量元素的浓度与定标元素铁的浓度之比与它们的谱线强度之比均呈很好的线性关系，测试的五种微量元素探测极限不大于150µg·g¹。

激光诱导等离子体光谱分析(1aser-indueed plasma spectroscopy，简称LPS)是基于激光与材料相互作用物理学与光谱学的一项新兴物质成分和浓度分析技术，它是采用高功率激光器烧蚀材料产生等离子体，对等离子体辐射的光谱进行成分分析，可用于对固体、液体和气体成分以及浓度的测量。

钢铁工业是基础产业，是国民经济发展的命脉。

钢铁中不同成分含量影响到材料本身的机械性能、工艺性能和物理化学性能。

目前的钢铁成分分析方法有光电直读光谱法、X射线荧光法(XRF)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-ASE)和火焰原子吸收光谱法(FAAS)等。

这些方法需要取样，等待样品冷却，碾碎、磨细样品，对样品表面进行处理，在实验室里操作等条件，消耗大量时间。

LIPS 技术和这些物质分析技术相比具有以下优点：(1)发射一个脉冲就得到一次测量结果，具有实时性、快速性；(2)消耗的样品数量在纳克到毫克范围，基本上不破坏样品；(3)由于脉冲激光器发出的光经透镜可在远处聚焦产生等离子体，故可用于远距离、非接触式分析样品；(4)基本上对样品无需处理或直接由高功率激光本身对样品表面进行烧蚀处理。

激光诱导等离子体光谱技术的发展

激光诱导等离子体光谱技术的发展激光诱导等离子体光谱技术，简称LIPs技术，是一种利用激光诱导等离子体的光谱学分析方法。

随着现代科技的发展，LIPs技术得到了广泛的应用。

本文将从LIPs技术的原理、特点及应用等方面进行论述。

一、LIPs技术的原理LIPs技术是基于光电离和光化学剥离等现象，通过激光维持和产生等离子体，进而实现对样品的分析。

具体原理为：当被激光照射时，样品被光电离或光化学剥离产生离子，这些离子与激光作用，形成等离子体。

等离子体在短时间内达到高温高密度状态，发生复杂的光谱效应，其中包括激发、离解、重新结合以及自发辐射等过程。

这些过程中，发生的光谱现象可以用于对样品进行化学成分的分析。

二、LIPs技术的特点与传统的化学分析方法相比，LIPs技术有其独特的分析特点。

首先，LIPs技术不需要对样品进行前处理，可以直接对样品进行分析。

其次，LIPs技术具有高分辨率和高灵敏度的优点，可以对微量元素进行快速而准确的分析。

此外，受样品物理状态的限制，LIPs技术适用于固态、液态和气态样品的分析，具有广泛的应用范围。

三、LIPs技术的应用LIPs技术已经得到了广泛的应用，主要应用于以下几个方面。

1、材料分析LIPs技术可以在不破坏材料微结构的情况下，对材料的成分、内部结构和含量进行准确的分析。

特别是对于微小部分和表面成分的分析，LIPs技术显得尤为重要，如对于涂层、薄膜、激光刻蚀等物理和化学表面工程的分析。

2、环境监测LIPs技术在环境监测中也有着广泛的应用，主要用于对土壤、空气、水源和污染物等环境因素的分析。

通过对样品中有害元素含量的检测，可以及时发现并解决环境污染问题。

3、人体生命科学LIPs技术在人体生命科学中也有着广泛的应用，主要用于对人体组织和器官的分析。

通过对元素含量的检测，可以提供疾病诊断、药物治疗、人体状况监测等重要信息。

总之，LIPs技术是一种快速、准确、无损的分析方法，具有广泛的应用前景。

激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用

第24卷,第2期光谱学与光谱分析Vol 124,No 12,pp21422192004年2月 S pectroscopy and S pectral Analysis February ,2004　激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用赵书瑞,陈金忠,魏艳红,郭庆林河北大学物理科学与技术学院,河北保定　071002摘　要　综述了近几年国内外在激光诱导等离子体方面的实验研究进展,及其在光谱分析中的应用。

着重阐明了在不同的条件下(气体种类、环境气压、激光能量、波长、脉宽、功率密度、观测高度)激光诱导等离子体的形成、辐射、电子温度、电子密度和扩散速度方面的实验研究;另外,激光诱导等离子体用于物质成分分析中,主要阐述了直接采集等离子体的辐射进行固态、液态和气态样品的分析以及激光烧蚀与ICP 光源联用进行的光谱化学分析两个方面,并对影响分析精确度和检出限的因素进行了简要讨论。

主题词　激光诱导等离子体;辐射;光谱分析;ICP 中图分类号:O43315+4 文献标识码:A 文章编号:100020593(2004)022*******收稿日期:2002209228,修订日期:2003201220　作者简介:赵书瑞,女,1973年生,河北大学在读硕士研究生,保定师专物理系助教引　言近些年来,对激光烧蚀固体表面而诱导的等离子体的研究已引起人们的极大兴趣,在薄膜激光溅射技术、同位素激光富集技术、激光痕量分析技术、表面可蚀和改性以及非晶纳米晶化等研究中都涉及到激光诱导等离子体问题。

因此,对激光等离子体特性的研究与应用已引起许多材料科学工作者的重视。

激光诱导等离子体的形成过程是一个相当复杂的过程,与许多因素密切相关,人们多采用改变实验条件的方法(诸如不同的激光波长、脉宽、能量、靶材料、环境气体的种类与气压以及其他因素)对靶的烧蚀速率,产物平均动能和产物光辐射规律等进行了大量的研究。

本文对激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用进行了简要评述。

激光诱导击穿光谱技术在石油勘探中的应用

激光诱导击穿光谱技术在石油勘探中的应用随着石油勘探的深入，人们对于勘探技术的要求也越来越高。

在传统地质勘探技术的基础上，各类新技术迅速崛起，其中激光诱导击穿光谱技术（LIPS）作为一项新兴技术，已经在石油勘探中得到了广泛的应用。

LIPS是一种利用激光诱导金属、无机物和有机物生成电离和激发态的技术，其原理是利用激光将样品中的分子和原子激发为高能态，然后测量其电离和激发态产生的光谱信号。

经过光谱分析仪器的处理和分析，可以获取到样品中元素的种类、含量、形态等相关信息。

由于LIPS技术具有高精度、高分辨率、高可靠性等特点，因此在石油勘探中具有广泛的应用前景。

首先，在油藏成因及油气运移过程中，LIPS技术可以帮助我们快速高效地分析矿石中的各种元素，以确定矿石的成分，进而推断出油气富集的机制和区域。

例如，在碳酸盐岩沉积体系中，LIPS技术可以利用其高精度的光谱分析能力，精准地测定碳酸盐岩中各种元素的含量，从而为我们提供石油资源勘探和开发的重要信息。

其次，在地球化学探矿中，LIPS技术也可以发挥很大的作用。

与传统的地球化学勘探技术相比，LIPS技术不仅可以快速地获取样品中元素的含量和分布情况，同时还能够精确地测定样品中的组成、晶体形状、物相和表面化学状态等基本特征。

这些特征对于石油探矿有着非常重要的意义，可以帮助我们判断石油储层的类型、规模和分布，同时还可以提供更具有决策意义的数据。

最后，LIPS技术还可以在石油开采过程中发挥重要作用。

石油开采过程中常常需要对地下水、地下溶洞性岩体、填源岩、地下气体等进行调查，这些数据对于有效开采和保护地下环境具有决策性意义。

利用LIPS技术，可以准确地测定这些矿石中的元素含量，为我们提供更加全面和详细的石油资源勘探信息，从而推动石油产业的可持续发展。

总之，LIPS技术作为一项新兴技术，在石油勘探中发挥着越来越重要的作用。

利用LIPS技术，我们可以获取更加准确和全面的勘探信息，提高石油勘探和开发的效率和可靠性，同时还可以带来更多的经济和社会效益。

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的典型装置典型的LIP S光谱探测系统主要由激光光源、光束传输系统、分光系统、信号接收系统、时序控制系统和计算机等组成。

系统架构示意图如图1所示。

该系统的工作原理为:脉冲激光器输出的脉冲光束经聚焦透镜聚焦到样品表面，样品被烧蚀、蒸发、激发和离化后在样品表面形成高温、高压、高电子密度的等离子体的火花，辐射出包含原子和离子特征谱线的光谱;将等离子体光谱通过光纤导入到分光系统，分光系统后面的信号接收系统采集信号，将光信号转化成电信号输出;经数据处理电路进行滤波、放大、A/D转换、存储等处理过程，然后送入计算机进一步处理。

激光诱导等离子体光谱技术及应用

国内研究进展情况
国内LIPS技术相对起步较晚，目前虽有一些高校及科研单位从事LIPS技术的研究，但大部分仍偏向于理论及方法的探索，如对激光等离子体的产生机理，以及激光脉冲宽度，脉冲能量，环境气体成分，压强大小，延迟时间等试验条件对等离子体的影响等方面进行了一定研究，研究目的多为对基础理论的探讨与改进。作为高新技术产业，国内没有相应的自主研发及集成的技术企业，相关产品均来自国外。。
目前工作重点：土壤重金属监测
——车载LIPS 激光元素分析仪
突发环境事件应急监测系统
• 该系统采用激光诱导等离子体光谱技术，利用激光作为激发源，搭建元素光谱测量系统，可以对固体、液体、气体中的几乎所有元素做快速定性定量分析，在突发环境事件中能够快速对空气、水体、土壤、食品、物品、建筑、植被、生物样品等进行检测，快速判断环境是否受到污染，并确定污染元素。
环境监测系统发展方向和长期目标
深入研究LIPS技术，创新分析方法，依靠科技创新与技术进步，实现无人机空中采样和水下潜航器采样，完善空气环境和水体环境的重金属检测分析方法，构建LIPS立体生态环境监测分析系统，提高生态环境监测立体化、自动化、智能化水平。为我国初步建成陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测网络做出贡献。
鸣谢：天津陆海石油设备系统工程有限责任公司天津市高新技术企业协会节能环保分会
等离子体随着向外界环境膨胀过程而逐渐冷却，并发射表征样品组分信息的光谱。
利用光电探测器和光谱仪对等离子体发射光谱进行采集。
通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品组分的类别和含量信息。
国外研究进展情况
美国宇航局喷气推进实验室于2009年发射的火星科学实验室（Mars Science Laboratory简称MSL），搭载 LIPS仪器ChemCam，用于火星岩石成分的快速实时分析。近年来，随着高功率脉冲激光光源、分光系统、探测器件、高时间分辨测量技术、以及光谱数据处理软件的迅速发展，LIPS分析机理研究不断深入，应用的领域逐渐增多。

铀多金属矿激光诱导击穿光谱精确测量机理及方法

铀多金属矿激光诱导击穿光谱精确测量机理及方法铀多金属矿是一种重要的核燃料资源，其含铀量的测量对于资源评估和开采过程中的控制至关重要。

传统的测量方法存在样品破坏性强、分析周期长和准确性不高等问题，因此需要开发一种准确、非破坏性的测量方法。

激光诱导击穿光谱（LIPS）是一种基于激光诱导击穿原理的光谱分析方法，具有非破坏性、快速、高灵敏度和较高准确性等优点，被广泛应用于材料表面分析、环境监测和生命科学等领域。

铀多金属矿激光诱导击穿光谱测量的基本原理是将激光束聚焦到样品表面，产生等离子体等活跃物种，通过观测产生的原子、离子和分子的光谱信号来获取样品成分信息。

具体来说，测量过程可以分为以下几个步骤：1.激光诱导击穿：将高能激光束聚焦到铀多金属矿样品表面形成高温、高压等离子体。

激光的选择需要考虑谐振电离（REMPI）效应和高能量激光诱导击穿效应。

2.等离子体形成过程：激光击穿样品表面后，等离子体在激光束下形成，并伴随着原子和分子的激发、电离等过程。

这些活跃物种的形成是后续光谱分析的基础，因此需要对等离子体形成过程进行充分的研究。

3.光谱信号采集：将等离子体中产生的光信号通过光纤、光栅等装置收集起来，并传输到光谱仪进行光谱分析。

光谱仪的选择需要考虑波长范围、分辨率和灵敏度等因素。

4.数据处理和分析：采集到的光谱信号需要进行数据处理和分析，以获取准确的成分含量信息。

这包括光谱峰位的识别、峰面积的积分计算和峰强度与成分含量之间的关系建立等。

为了提高测量准确性，还需要考虑以下几个因素：1.标准样品制备：使用已知含量的标准样品制备一系列不同浓度的样品，建立标准曲线。

通过将待测样品的光谱信号与标准曲线对比，可以推算出待测样品中铀的含量。

2.粒径效应：铀多金属矿样品的颗粒大小会影响光的传播和激光诱导击穿效果。

因此，在测量过程中需要控制样品颗粒大小或对颗粒大小进行修正。

3.干扰因素：矿石样品中可能存在多种金属元素，这些元素的存在会对铀的测量造成干扰。

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。

总之，激光诱导等离子体是一种非常重要的时间分辨光谱分析技术，在现代材料科学、地球科学、生命科学等众多领域中持续地发挥着重要的作用。

激光诱导等离子体光谱法

激光诱导等离子体光谱法【摘要】激光诱导等离子体光谱分析是基于激光与材料相互作用物理学与光谱学的一项新兴物质成分和浓度分析技术，它是采用高功率激光器烧蚀材料产生等离子体，对等离子体辐射的光谱进行成分分析，可用于对固体、液体和气体成分以及浓度的测量。

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；基本原理；研究进展1.发展概况激光诱导等离子体光谱分析（1aser-indueed plasma spectroscopy，简称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。

[1]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]2.基本原理图1 等离子体演化示意图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。

激光诱导制备的原理是啥

激光诱导制备的原理是啥
激光诱导制备（LIP）是一种制备高质量薄膜材料的方法，其原理是利用高能激光来加热靶材并产生等离子体。

具体原理如下：
1. 激光照射：使用高能量激光照射靶材表面，激光束的强度足够高，能够使靶材上的原子或者分子吸收能量。

2. 等离子体生成：当靶材表面受到激光束的照射后，吸收的能量足够高，原子或者分子将发生电离或激发，形成等离子体。

等离子体是由带正电的离子和带负电的电子组成的高能物质。

3. 薄膜沉积：等离子体中的带正电的离子会受到靶材表面电场的引力而加速，朝向基体材料（通常是基底材料，如晶体硅）沉积。

当这些离子到达基底材料表面时，会随即形成较厚的薄膜，即沉积薄膜。

4. 薄膜成长：离子沉积在基底材料表面后，会结合周围原子或分子，逐渐形成连续而致密的薄膜结构。

薄膜的性质取决于所使用的靶材和基底材料。