激光击穿光谱技术原理及进展.pdfVIP

LIBS的原理与进展 安徽师范大学 物理与电子信息学院 基本概念 LIBS ? 激光诱导击穿光谱(LIBS)是以激光产生的等离子体作为原子化 器与原子的激发源的原子发射光谱(AES)方法。 LIBS的测量基本过程：脉冲激光投射于目标样品，通过烧蚀 与形成离子体，用透镜等光学元件收集等离子体的发光，并从光谱 分析中获取元素成分或浓度信息。由发射线的位置与强度完成元素 的定性或定量的分析。 激光诱导等离子体(LIP)在LIBS 中占据核心地位。由于等离子 体的形成是激光电场对介质击穿的结果，人们称为激光诱导击穿光 谱(LIBS) 。 LIBS 的特点 特点： ——对固体、液体、气体和气溶胶都有很好的取样分析能力； ——具有快速的元素分析能力，对分析样品不需或只要稍作预处理，从而增加了 检测通量，也更加方便和减少了污染发生的机会； ——取样量很少，一般是 数十 ng至数百g 。对样品不会产生实质性损损伤； ——能分析难以溶解与分解的坚硬物质，如陶瓷与超导体； ——局域的微区分析提供~1-100 m 的空间分辨能力； ——具有多元素同时分析能力；能分析包括C, H, Li, B 及Be 的轻元素(Z12)； ——具有远程的分析能力。LIBS 本质上是全光型技术，只要能对材料光学访问就 可进行分析； ——具有潜在的直接检测气溶胶(气体介质中的固体或液体粒子)能力。 不足： ——成本与系统复杂性的增加； ——难以获得适当的分析标准(半定量) ； ——干涉的影响(包括基体干涉，气溶胶干涉，粒子尺度的干涉) ； ——检测限不像解决技术问题那样容易建立； ——精度差，一般为5-10%； ——受高能激光脉冲的眼损伤的可能。 LIBS 分析条件 满足LIP中的热平衡条件 在热平衡下，①因电子碰撞激发的原子数等于激发原子的碰撞消激发 数，②原子的碰撞电离数等于撞击粒子间的复合数，和③辐射等于吸收。 由于脉冲激光等离子体是瞬态的，难于建立完全热平衡。然而，激光等 离子体具有很高的电子密度，等离子体将进入局部热平衡(LTE)状态。 LTE假定，原子和离子在能级上的布居由电子的碰撞所决定，而将辐射 的作用忽略。为了要实现LTE，需有足够高的电子密度，而辐射作用很弱。 LTE适用的条件为 11 1/ 2 3 3 N T810  cm e e max max 是原子或离子的最大电离能 LIP中的电子密度 等离子体中由电子产生的电场干扰单个离子的能级，使受激能级出现展 宽，光谱线宽度是电子密度的函数。根据原子间相互作用能，谱线宽度：  C r / n n 氢及类氢离子n=2，线性斯塔克展宽；氦及其它原子n=4 ，平方斯塔克展宽： 1/ 4 n n n     1/ 3    2w e 3.5 A e BN 1w  e  1/ 2  16   16  D  16  10 1