液相基质中激光诱导击穿光谱的实验分析-experimental analysis of laser induced breakdown spectroscopy in liquid matrix.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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液相基质中激光诱导击穿光谱的实验分析-experimental analysis of laser induced breakdown spectroscopy in liquid matrix

液相基质中激光诱导击穿光谱的实验研究目录摘要1Abstract 3言1研究背景和意义62本论文的主要内容7第一章激光诱导击穿光谱技术的研究进展及应用1.1激光诱导击穿光谱技术的基本特点81.2激光诱导击穿光谱技术的发展与研究现状101.2.1 固体样品的 LIBS 分析 121.2.2 液相样品的 LIBS 分析 13第二章激光诱导击穿光谱技术的基本原理2.1激光诱导等离子体的基本性质152.2等离子体形成的微观机理和发射光谱162.3激光等离子体模型182.3.1 局部热平衡(LTE)模型182.3.2 晕模型192.3.3 碰撞-复合模型192.4辐射机制192.4.1 韧轾辐射202.4.2 复合辐射202.4.3 激发辐射212.5LIBS 技术痕量分析的基本原理 21第三章实验装置和实验方法3.1实验装置233.2样品与试剂24第四章AlCl3 水溶液的激光诱导击穿光谱研究4.1引言264.2样品配置274.3实验结果分析274.3.1 LIBS 信号时间演化特性 284.3.2 入射激光能量对 LIBS 的影响 304.3.3 不同浓度下 AlCl3 的 LIBS 光谱 324.4小结33第五章MgCl2 水溶液的激光诱导击穿光谱研究5.1样品配置345.2实验结果分析345.2.1 LIBS 信号时间演化特性 355.2.2 入射激光能量对 LIBS 的的影响 375.2.3 不同浓度下 MgCl2 的 LIBS 光谱 385.3小结39第六章总结与展望6.1论文工作小结406.2工作展望40参考文献42研究生学习期间完成的工作及获奖情况47致谢48液相基质中激光诱导击穿光谱的实验研究摘要激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy 简称 LIBS）就是利用激光束聚焦入射样品表面产生激光等离子体，对等离子体中原子和离子的发射光谱进行分析。高功率密度激光辐照物体表面形成的激光微等离子体动力学研究，在研制超导薄膜、纳米材料、同位素分离、医学、生物学以及其他工业应用方面有重要的理论指导意义和广泛的应用前景。高功率密度的激光使样品表面汽化，产生处于激发态的原子和离子，而激发态原子和离子的发射谱线可用于样品成分的鉴定和含量的定量分析，因此 LIBS 可运用于气体、颗粒和液体基质中的痕量分析。相比于其它成熟的定量分析技术，LIBS 技术的研究正处于发展的初期阶段。这项技术有着潜在的高灵敏度、对分析样品的破坏性小以及可用于远程测量等特点，是当今该领域研究的热点之一。近二十年来，LIBS 技术已成功地对固体样品和气相样品中的痕量元素进行了定性或半定量分析,因此我们很容易想到把该技术应用到液体样品的痕量分析。随着工业的发展，沿海港湾及河口地区重金属废物的排放日益增多，因而监测重金属对海洋生态环境的影响具有特别重要意义。特别是经过初步实验研究表明，与固体的 LIBS 信号相比较，虽然其检测限要低一些，但液体中的 LIBS 信号存在着特有的光谱特性。要形成能实用的分析技术，还需要大量的实验与理论研究。因此本论文就液相基质中的激光诱导击穿谱开展了实验研究。论文第一章介绍了 LIBS 技术的特点、发展和研究现状。第二章介绍了激光诱导击穿光谱技术基本原理，包括激光等离子体的基本性质、LIBS 形成的微观机理和发射光谱、激光等离子体模型、辐射机制等内容。第三章主要介绍了实验装置和实验方法。在前三章的基础上，第四章、第五章分别报道了 AlCl3 和 MgCl2水溶液 LIBS 光谱的实验研究结果。使用单脉冲 LIBS 技术，研究了溶液中 Al 原子和 Mg 原子 LIBS 信号的时间演化特性、激光能量对 LIBS 信号的影响，得到了 LIBS 用于液体中 AlCl3 和 MgCl2 痕量分析的检测限。实验结果表明，在激光能量为 40mJ 左右时，采用本文提出的实验方法即可检测到 LIBS 信号，是液相 LIBS 研究报道中激光能量最低的，同时得到了一个较高的液体样品 LIBS 信号检测限。实验还表明，液体 LIBS 信号存在特有的时间演化特性，其 LIBS 信号的寿命相对于固体样品来说比较短，只有 30ns 左右，同时 LIBS 信号强度上升和衰减也比较迅速。所有这些结果对 LIBS 技术应用于液相介质有一定的参考价值。关键词：激光诱导击穿光谱；时间演化特性； AlCl3 和 MgCl2 溶液；检测限An Experimental Investigation on the Laser-induced Breakdown Spectroscopy of the Liquid SampleABSTRACTElemental