激光誘導(dǎo)等離子體光譜法

1、簡(jiǎn)介（1）激光誘導(dǎo)等離子體光譜分析技術(shù)(laser-induced plasma spectroscopy,即LIPS)簡(jiǎn)介（2）2. 該技術(shù)的特點(diǎn)是樣品處理簡(jiǎn)單，分析速度快；需要樣品量小，近似無(wú)損分析；配合光纖技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙測(cè)；在難溶物質(zhì)分析方面也顯示了方法的優(yōu)越性。簡(jiǎn)介（3）3. 該方法具有高檢測(cè)靈敏度，可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，能夠進(jìn)行物質(zhì)的快速定性定量分析。摘要：1.以Nd:YAG激光調(diào)Q固體激光器為激發(fā)光源,在建立的實(shí)驗(yàn)裝置上應(yīng)用激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)對(duì)MgSO4、KCl、NaCl組成的水溶液中Mg、K、Na含量進(jìn)行了探測(cè)。摘要（2）2.實(shí)驗(yàn)顯示,當(dāng)水溶液中加入1%的FeCl3,并

2、以Fe元素譜線作為定標(biāo)線,且水溶液中Mg、K、Na的濃度范圍分別為0.05%2%、0.5%2%、0.1%1.5%時(shí),測(cè)得的Mg、K、Na濃度與Fe的濃度之比與它們的譜線強(qiáng)度之比呈很好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)分別為0.99783、0.99402、0.99267。引言對(duì)水溶液中金屬元素定量分析研究對(duì)于環(huán)境水、海水、飲料和血液等液體中微量元素和重金屬元素的含量測(cè)定有著重要意義。采用標(biāo)定法可以降低測(cè)量中的干擾因素如激光器的能量輸出波動(dòng),聚焦位置的變動(dòng),接受光纖端部的位置變動(dòng)等因素的影響,提高測(cè)量的穩(wěn)定性。由于Fe的原子譜線豐富,覆蓋范圍廣,常被用作定標(biāo)元素。針對(duì)以氯化鈉、氯化鉀、硫酸鎂和蒸餾水組成的混

3、合水溶液,在其中加入定濃度的三氯化鐵,并以鐵元素的譜線作為定標(biāo)線,將測(cè)試元素的譜線強(qiáng)度與之比較,建立濃度與強(qiáng)度關(guān)系進(jìn)行定量測(cè)試。1.實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置布置如圖1所示,混合水溶液由滴定管出,Nd:YAG激光調(diào)Q固體激光器(波長(zhǎng)1.064m,單脈沖能量75mJ,脈寬70ns)發(fā)出的激光經(jīng)透鏡(F數(shù)為2.5)聚焦在水流上,形成等離子體,石英光纖束將等離子體輻射耦合進(jìn)光柵光譜儀(光譜儀型號(hào)ACTON,SpectraPro 2750,焦距為750mm),由ICCD獲得的光譜圖像輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,脈沖發(fā)生器DG535用于設(shè)定ICCD相對(duì)于等離子體產(chǎn)生開始工作的延時(shí)時(shí)間和積分時(shí)間,以去除激光等離子體形成早期

4、由于連續(xù)輻射形成的背景噪聲,提高信噪比。外觸發(fā)脈沖由激光器提供。微機(jī)向ICCD控制器發(fā)出控制信號(hào),控制器將光譜圖像數(shù)據(jù)傳輸給微機(jī)。圖12.實(shí)驗(yàn)將無(wú)水NaCl化學(xué)純、無(wú)水KCl化學(xué)純、無(wú)水MgSO4化學(xué)純和無(wú)水FeCl3化學(xué)純與蒸餾水相混和，混合液中FeCl3的濃度保持1%,改變NaCl、KCl、MgSO4的濃度,分別倒入滴定管中進(jìn)行測(cè)量。滴定管固定在夾具上,水流表面位于透鏡焦點(diǎn)前,以防止空氣被擊穿,影響測(cè)量的譜線強(qiáng)度.圖2 隨時(shí)間變化,含有MgSO4, NaCl, KCl和FeCl3水溶液樣 品的LIPS光譜為了在同一窗口下獲得高信噪比及空間上可分辨的測(cè)量元素與參考元素的譜線,所取的用于測(cè)量M

5、g、K和Na的譜線窗口分別如圖3、4、5所示。圖3為當(dāng)混合液中含有2%的Mg、0.5%Na、0.5%K和1%Fe時(shí)得到的377.7386.7nm范圍的譜線,這里以Fe的382.043nm譜線作為內(nèi)標(biāo)線,將Mg的383.826nm譜線強(qiáng)度與之比較。 圖4為當(dāng)混合液中含有0.05%的Mg、0.05%Na、2%K和1%的Fe時(shí)得到的404.0407.0nm范圍的譜線。這里以Fe的406.359nm譜線作為內(nèi)標(biāo)線,將K的404.414nm譜線強(qiáng)度與之比較。 圖5為當(dāng)混合液中含有0.5%的Mg、1%Na、1%K和1%的Fe時(shí)得到的328.3331.8nm范圍的譜線。由于光譜儀分辨率的限制,Na的330.

6、232nm和330.299nm譜線很難分開,但兩譜線強(qiáng)度比值理論上是一常數(shù),故采用將兩譜線強(qiáng)度相加和Fe的329.813nm譜線強(qiáng)度進(jìn)行比較。 圖6、7、8分別為測(cè)得的Mg的濃度(CMg,濃度范圍0.05%2%)與Fe的濃度(CFe)之比與它們的譜線強(qiáng)度之比(I383.826/I382.043),K的濃度(CK,濃度范圍0.5%2%)與Fe的濃度(CFe)之比與它們的譜線強(qiáng)度之比(I404.414/I406.399),Na的濃度(CNa,濃度范圍0.1%1.5%)與Fe的濃度(CFe)之比與它們的譜線強(qiáng)度之比(I330.232+330.299/I329.813),每個(gè)數(shù)據(jù)是10發(fā)平均結(jié)果。圖6

7、圖中擬合直線方程I=0.10136+2.83293x, x為Mg的濃度與Fe的濃度之比,I為Mg383.826nm譜線強(qiáng)度與Fe的382.043nm譜線強(qiáng)度之比,測(cè)得線性相關(guān)系數(shù)0.99783。同樣得到7、8中數(shù)據(jù)的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.99402、0.99267。由圖6和圖7可見,測(cè)試元素譜線強(qiáng)度相對(duì)于標(biāo)定元素譜線強(qiáng)度略有高估,擬和直線方程基本上經(jīng)過(guò)原點(diǎn)。而圖8中,由于將Na的兩根譜線強(qiáng)度相加與Fe的譜線強(qiáng)度進(jìn)行比較,因而Na的譜線強(qiáng)度顯著偏高,故擬和直線沒(méi)有經(jīng)過(guò)原點(diǎn),但依然呈很好的線性。3.小結(jié)由于光譜儀同時(shí)測(cè)試譜線范圍的限制,實(shí)驗(yàn)中選擇的測(cè)試元素和參考元素的譜線均為非靈敏線,因而影響了元素濃度探測(cè)極限。此外由于室溫下溶解度的限制,影響了最高可探測(cè)濃度。故實(shí)驗(yàn)中只對(duì)水溶液中Mg、K、Na含量范圍分別是0.05%2%、0.5%2%、0.1%1.5%時(shí)進(jìn)行了激光誘導(dǎo)等離子體光譜探測(cè)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,通過(guò)外加定濃度微量定標(biāo)元素Fe,水溶