科学研究

低气压环境改善激光诱导击穿光谱定量分析精度

来源:武汉光电国家研究中心   作者:激光与太赫兹技术功能实验室  发布时间:2016年11月17日  点击量:

激光诱导击穿光谱技术(LIBS)因其快速、原位、远程等特性而被誉为物质成分检测的“未来之星”。然而检测过程中的自吸收效应会导致元素特征谱线降低、元素含量与谱线强度呈非线性关系,从而降低了分析精度。常规的自吸收校正方式只能对已出现自吸收的谱线在一定程度上进行修正,并不能获得无自吸收的等离子体源,进而难以从根源上消除自吸收对LIBS分析精度的影响。

武汉国家光实验室激光先进制造技术研究团队的激光光谱研究小组针对自吸收效应对定量分析的影响进行了深入研究,提出在1 kPa下可获得了受自吸收弱影响的等离子体源,消除了自吸收效应对定标曲线的非线性影响,并基于定标曲线指数拟合系数提出一种简易的自吸收系数(SA)计算方法。以微合金钢样品中Mn和Cu元素的定量分析为例进行了验证,从不同大气压下激光与等离子体相互作用过程、等离子体形貌、等离子体温度和电子数密度等方面对其影响机理进行了研究。结果表明:在气压较高时Mn和Cu的定标曲线受自吸收影响而呈现严重的非线性效应,而当压强降至1 kPa时,由于等离子体迅速膨胀,温度和电子数密度迅速降低,等离子体接近于光学薄状态,SA系数值接近于1,因此获得了受自吸收弱影响的等离子体源,即从光源上削弱了自吸收的影响,Mn和Cu元素的多条特征谱线建立的定标曲线都呈现出良好的线性相关性,各定标曲线决定系数R2均可达到0.99以上。

研究成果“Investigation on self-absorption at reduced air pressure in quantitative analysis using laser-induced breakdown spectroscopy,”发表在美国光学学会下期刊Optics Express( 24,23, 26521-26528, (2016))上 。

该项工作得到国家重大科学仪器设备开发专项(No. 2011YQ160017),国家自然科学基金(No. 61378031, 51429501, 和61575073)等项目的支持。

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不同气压下定标曲线和等离子体像:(a)不同气压下Mn I 403.07/Fe I 400.52的内定标线; (b)1 kPa大气压下四条Mn谱线的内定标曲线;(c)不同气压和不同延时下的等离子体像.