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      光譜儀原理

      激光誘導擊穿光譜法特點及應用

      更新時間:2020-12-23 08:58:21 點擊數:608

      激光誘導擊穿光譜法特點及應用

      激光是一種亮度高、單色性好,且具有方向性等特點的光源。其能量高度集中,當激光光束照射到分析樣品表面時,能量被樣品表面所吸收,物質的分子發生振動變熱并將熱量傳入樣品內部,使光斑處的溫度驟升至10000 K以上,物質發生熔融、蒸發,在瞬間原子化并受激發射出特征光譜。當高強度的脈沖激光被聚焦到物質上時,它所產生的輻射強度超過物質的解離閾值就會在局部產生等離子體,稱作激光誘導等離子體。用光譜儀直接收集樣品表面等離子體產生的發射光譜信號,根據發射光譜的強度進行定量分析,稱為激光誘導擊穿光譜法(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,簡稱LIBS)。

      LIBS發射譜線的形成過程可分為三個步驟:

      ① 高能量的激光加熱并蒸發少量的樣品,由于多光子電離與樣品表面熱量散發使部分電子獲得能量,發生電離產生等離子體;

      ② 韌致輻射與電離-離子復合導致寬帶發射,主要為等離子體中各元素的電離線形成的連續背景譜線,該過程一般需幾百ns;

      ③ 形成等離子體中各元素的原子發射譜線強度與元素濃度成正比。該過程通常持續幾μs,是進行元素定量分析的重要環節。

      與傳統的光譜分析手段相比較,LIBS的優勢為:

      ①   分析簡便、快速,無需繁瑣的樣品前處理過程;

      ②   可以實現遠距離遙測分析,目前是光譜分析中唯一可以遠距離遙測的光源;

      ③ 可分析導體、非導體材料以及難熔材料;

      ④ 可測定固態樣品,還可以測定液體、氣態樣品;

      ⑤ LIBS具有高靈敏度與高空間分辨率的特點,可進行原位微區分析;

      ⑥ 可進行樣品的痕量分析,并且可在高溫、惡劣環境下進行遠程分析;

      ⑦ 對樣品尺寸、形狀及物理性質沒有嚴格要求,可分析形狀不規則的樣品。

      LIBS的優越性在于無需制樣、直接快速、樣品損失少、靈敏度高、應用領域廣泛。它不僅可以提供微觀的物質結構、化學成分及其變化等信息,而且適合于各種形態、尺寸的樣品,是目前極為活躍也是很有發展前景的研究領域。

      和其它分析方法相比,目前LIBS最大的缺點是穩定性相對較差,其精密度介于定量分析的邊緣,因此至今還沒有大范圍推廣。隨著激光技術的發展,作為新的激發光源,其光學分析方法也在不斷完善,儀器在更加穩定化、小型化及實用化等方面也得到了進一步的發展。


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