單光束分束專題講座課件

基于單光束分束技術(shù)的LIBS分析方法

專題講座提綱LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀1激光能量與樣品耦合效率2

影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)3

預(yù)期效果4一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LaserInducedBreakdownSpectroscopy)簡(jiǎn)稱LIBS，是光譜分析領(lǐng)域內(nèi)的一種前沿性分析手段，憑借著分析速度快、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需樣品前處理和遠(yuǎn)距離探測(cè)等優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于油氣開采、地質(zhì)勘探、環(huán)境監(jiān)測(cè)和深空探測(cè)等領(lǐng)域，被業(yè)界譽(yù)為在線分析技術(shù)的“明日之星”

，得到了國(guó)內(nèi)外知名分析儀器廠商和廣大學(xué)者的高度關(guān)注。然而在看到LIBS技術(shù)具有眾多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也要正視LIBS技術(shù)存在的一些弊端：當(dāng)LIBS技術(shù)在進(jìn)行微量元素或痕量元素檢測(cè)時(shí)，由于待測(cè)元素含量較低，其對(duì)應(yīng)的特征譜線信號(hào)強(qiáng)度較弱，有時(shí)甚至?xí)蜎]在背景信號(hào)中，導(dǎo)致LIBS技術(shù)存在分析精度較低和檢出限較高等缺點(diǎn)。一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀四川大學(xué)分析儀器研究中心

在LIBS分析技術(shù)中，譜線的信號(hào)強(qiáng)度決定了方法的分析精度和檢出限，因此國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者圍繞著LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法開展了大量工作，通過提高等離子體電離效率、延長(zhǎng)等離子體生存周期、限制等離子體擴(kuò)散空間和增強(qiáng)特征元素電離效率等方法，實(shí)現(xiàn)了LIBS信號(hào)增強(qiáng)，并取得了一定科研成果。（1）提升等離子體激發(fā)效率（2）延長(zhǎng)等離子體生存周期（3）限制等離子體擴(kuò)散空間（4）增強(qiáng)特征元素電離效率一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀（1）提升等離子體激發(fā)效率：

等離子體電離效率越高，譜線在單位時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)度越大，因此研究人員在基本LIBS系統(tǒng)上額外增加一個(gè)激發(fā)源，通過二次激發(fā)提高等離子體電離效率。根據(jù)激發(fā)源的類型，可分為雙脈沖法和電極火花放電輔助法。一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀雙脈沖法一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀電機(jī)火花放電輔助法一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀（2）延長(zhǎng)等離子體生存周期

研究人員發(fā)現(xiàn)，在基本LIBS系統(tǒng)上外加能量場(chǎng)可以有效延緩等離子體的衰減速率，提高等離子體的生存周期，因此通過增加檢測(cè)器的積分時(shí)間能夠獲得較強(qiáng)的光譜信號(hào)。根據(jù)外加能量場(chǎng)的類型，可分為微波場(chǎng)輔助法和磁場(chǎng)輔助法。一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀微波場(chǎng)輔助法一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀磁場(chǎng)輔助法一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀（3）限制等離子體擴(kuò)散空間等離子體空間約束法采用特殊材料制成一定結(jié)構(gòu)的空腔，限制等離子體的擴(kuò)散空間，增加等離體中離子的碰撞幾率，實(shí)現(xiàn)LIBS信號(hào)的增強(qiáng)。一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀（4）增強(qiáng)特征元素電離效率針對(duì)待測(cè)目標(biāo)元素特征，向樣品中摻入某種添加劑，可用于增強(qiáng)待測(cè)元素的電離效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LIBS光譜信號(hào)的增強(qiáng)。該方法針對(duì)不同的元素?fù)饺氲奶砑觿┮膊煌?，而且為了保證樣品與摻入物質(zhì)的均勻混合，需要復(fù)雜的樣品前處理過程。一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀綜上所述，目前常見的LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法可以有效提升LIBS信號(hào)的強(qiáng)度，達(dá)到了降低檢出限、提升分析精度的目的，但是在實(shí)現(xiàn)光譜信號(hào)增強(qiáng)的同時(shí)，卻犧牲了LIBS技術(shù)原有的儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和無需樣品前處理這兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一、LIBS信號(hào)增強(qiáng)方法研究現(xiàn)狀第一，方法（1）和方法（2）是通過外加激發(fā)源的方式，改善等離子體的激發(fā)效率和生存周期，儀器設(shè)備需要額外增加微波腔體、高壓脈沖電源或泵浦燈水冷系統(tǒng)等裝置，相比于基本LIBS儀器(僅采用一個(gè)激光器作為激發(fā)源)，儀器的體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且實(shí)現(xiàn)成本較高，不再適用于現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)。第二，方法（3）需要根據(jù)樣品的形狀制作不同的等離子體約束腔體，而且樣品表面需要進(jìn)行打磨拋光處理，樣品前處理過程復(fù)雜；方法（4）為了使添加劑質(zhì)能與樣品進(jìn)行均勻的混合，需要將樣品研磨、混合、壓片，樣品前處理過程同樣較為復(fù)雜。因此這兩種信號(hào)增強(qiáng)方法的分析測(cè)試周期較長(zhǎng)，分析過程復(fù)雜度較高，無法滿足現(xiàn)場(chǎng)在線分析對(duì)于檢測(cè)時(shí)效性的要求。二、激光能量與樣品耦合效率目前研究人員往往采用增加外部激發(fā)源的方式提高LIBS系統(tǒng)的激發(fā)能量，但是卻忽略了基本LIBS系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)源的利用效率問題。LIBS雙脈沖技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀四川大學(xué)分析儀器研究中心

利用兩束具有一定時(shí)間間隔的激光脈沖激發(fā)待測(cè)樣品，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)發(fā)射譜線的增強(qiáng)，進(jìn)而達(dá)到降低檢出限的目的。二、激光能量與樣品耦合效率二、激光能量與樣品耦合效率四川大學(xué)分析儀器研究中心DP-LIBS分類(2)Air-SparkCollinear(3)Re-Heating二、激光能量與樣品耦合效率四川大學(xué)分析儀器研究中心Collinear2011年AC，主要應(yīng)用于在線檢測(cè)壓力水冷反應(yīng)堆中一次冷卻水的硼酸和氫氧化鋰的含量。二、激光能量與樣品耦合效率四川大學(xué)分析儀器研究中心Air-Spark&Re-heating二、激光能量與樣品耦合效率LIBS技術(shù)的奠基人D.A.Cremers在其專著《HandbookofLaser-InducedBreakdownSpectroscopy》指出：當(dāng)激光功率密度較高時(shí)，激光的脈沖前沿能量足以完成樣品的離子化，所產(chǎn)生的等離子體內(nèi)部存在一個(gè)吸收區(qū)，對(duì)激光的脈沖后沿能量起到一種屏蔽效應(yīng)，降低了激光脈沖的整體利用效率二、激光能量與樣品耦合效率三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(1)入射角度三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(2)入射光程差三、影響激光分束技術(shù)關(guān)鍵參數(shù)(2)入射