脉冲激光诱导A1等离子体的光谱特性分析

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激光诱导等离子体光谱法

图1
2.实验
• 将无水NaCl化学纯、无水KCl化学纯、
无水MgSO4化学纯和无水FeCl3化学纯与蒸馏水相混和，混合液中FeCl3的浓度保持1%,改变NaCl、KCl、MgSO4的浓度,分别倒入滴定管中进行测量。滴定管固定在夹具上,水流表面位于透镜焦点前,以防止空气被击穿,影响测量的谱线强度.
图2
随时间变化,含有MgSO4, NaCl, KCl和FeCl3水溶液样品的LIPS光谱
为了在同一窗口下获得高信噪比及空间上可分辨的测量元素与参考元素的谱线,所取的用于测量Mg、K和Na的谱线窗口分别如图3、4、5所示。
• 图3为当混合液中含有2%的Mg、
0.5%Na、0.5%K和1%Fe时得到的 377.7~386.7nm范围的谱线,这里以Fe 的382.043nm谱线作为内标线,将Mg的 383.826nm谱线强度与之比较。
图6、7、8
• 分别为测得的Mg的浓度(CMg,浓度范围
0.05%~2%)与Fe的浓度(CFe)之比与它们的谱线强度之比(I383.826/I382.043),K的浓度(CK,浓度范围0.5%~2%)与Fe的浓度 (CFe)之比与它们的谱线强度之比 (I404.414/I406.399),Na的浓度(CNa,浓度范围0.1%~1.5%)与Fe的浓度(CFe)之比与它们的谱线强度之比 (I330.232+330.299/I329.813),每个数据是 10发平均结果。
FeCl3,并以Fe元素谱线作为定标线, 且水溶液中Mg、K、Na的浓度范围分别为0.05%~2%、0.5%~2%、 0.1%~1.5%时,测得的Mg、K、Na 浓度与Fe的浓度之比与它们的谱线强度之比呈很好的线性关系,线性相关系数分别为0.99783、 0.99402、0.99267。

激光诱导等离子体光谱技术

激光诱导等离子体光谱技术
激光诱导等离子体光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）是一种分析技术，它利用激光将样品转
化为等离子体，并通过测量等离子体辐射的光谱来识别和定量样品中的元素。

激光诱导等离子体光谱技术的工作原理是，通过将高能、短脉冲的激光照射到样品表面，激光与样品相互作用产生高温、高压的等离子体区域。

在等离子体形成的瞬间，电子会被激发到高能级，随后退回基态时会释放出特定波长的光。

这些光谱信号可以被通过光谱仪器进行检测和分析。

激光诱导等离子体光谱技术具有许多优点，包括快速分析速度、非接触性、无需样品前处理、不受样品形状和状态限制等。

它可以广泛应用于材料分析、环境监测、金属矿产勘探、农产品质量检测等领域。

然而，激光诱导等离子体光谱技术也存在一些限制，比如需要高功率激光及相关设备，对样品表面的清洁程度要求较高，以及在测量过程中可能产生的光谱重叠等问题。

总的来说，激光诱导等离子体光谱技术是一种快速、高灵敏度的分析技术，具有广泛的应用前景，在不同领域的科学研究和应用中发挥着重要作用。

激光诱导Al等离子体在背景气体中的流体现象

第18卷第2期原子与分子物理学报Vol.18，(.22))1年*月+,-./0/1234.56275829-+5.:926/+3654;,<0-+05=>.，2))1文章编号：1)))?)@A*（2))1）)2?)1BC?)*激光诱导5l等离子体在背景气体中的流体现象=张树东1，2，张为俊2（1.西北师范大学物理系激光实验室，兰州D@))D)；2.中国科学院安徽光学精密机械研究所1室，合肥2@))@1）摘要：调E?<5F脉冲激光（波长1.)AµG，脉宽1)HI，能量为2B)G1J=K1IL）烧蚀5l靶，用短焦距照相系统和光学多道分析仪（295）记录了等离子体在氩气背景气体及不同压强下所呈现的流体现象及其等离子体辐射的空间分辨光谱。

实验发现，当背景气压为*));M以下时，在靶面上存在一个明亮的发光球体，球体直径远大于激光烧蚀斑的大小，此球体向四周辐射等离子体光谱，只是在垂直靶面的方向辐射相对较强。

在气压约为*));M，等离子体辐射才以较为明显的羽状体形态向前喷散，且随气压增高，喷散的立体角变小。

随着背景气压的继续升高，等离子体羽被压缩，成为一个明亮的发光小羽状体，当气压达2)N@)O;M，发光羽状体开始出现分解的迹象，在羽状体前端形成一个光球。

气压继续升高，等离子体羽完全变成一串发光球。

离开靶面越远，发光球的半径越大。

用光学多道分析系统分析这些发光球的光谱特征，发现在靶面附近主要是5l等离子体的谱线，而较远的发光球，其主要谱线则来自背景气体。

在气压为2)O;M左右，等离子休羽呈现烧蚀点为明亮的白色亮点，而羽端为鲜艳绿色（氩的B1*HG）的彩色羽。

关键词：激光诱导5l等离子体；流体现象；环境气体影响；空意分辨光谱中图分类号：2*@2.1P2，2B@文献标识码：51引言激光烧蚀固体靶产生的等离子体与背景气体的相互作用对理解团簇形成的动力学过程有特别重要的作用，因而受到人们的重视［1N@］。

激光诱导等离子体光谱法（LIPS）元素分析钢铁成分分析定量分析

激光诱导等离子体光谱法（LIPS）元素分析钢铁成分分析定量分析激光诱导等离子体光谱法(LIPS)论文：用激光诱导等离子体光谱法分析碳钢样品中碳含量的实验研究【中文摘要】激光诱导等离子体(LIPs)近年来作为光谱源受到广泛关注。

LIPs的光学发射谱( OES ),被称为LIPS ( laser-induced plasma spectroscopy)或者LIBS(laser-induced breakdown spectroscopy),已经成为元素分析的有力工具。

作为一种光谱分析技术,LIPS已经证明了它的独特的多功能性,它允许对几乎任何材料进行快速的少接触的分析,因此可以用这种技术应对许多不同实际问题中的特殊要求。

本文研究的是将LIPS应用于钢铁的成分分析,为将来LIPS用于钢水成分的在线分析打下实验基础。

论文对激光诱导等离子体光谱法在国内外的发展作了系统的论述,着重调研了激光诱导等离子体光谱法在金属冶炼中的应用实例。

介绍了激光诱导等离子体光谱法分析元素含量的基本原理。

基于激光诱导等离子体光谱法的理论基础,结合钢水成分分析的实验目标,搭建了LIPS的实验平台。

在此平台上,对固态碳钢样品进行了定量分析分析,实验得到了固态碳钢样品的定标曲线,检测限460ppm。

实验分析了碳钢样品在熔融状态下的碳谱线,对影响液态碳钢定量分析的因素进行了分析。

此外,还对影响谱线强度和...【英文摘要】Laser-induced plasmas (LIPs) have acquired great interest in recent years as spectroscopic sources. The optical emission spectroscopy (OES) of LIPs, which has been called laser-induced plasma spectroscopy or laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) has become a powerful tool for the elemental analysis. As an analytical technique, LIBS has demonstrated its unique versatility, allowing fastcontact-less analysis of almost any type of material and the possibility to adapt the technique to the special requir...【关键词】激光诱导等离子体光谱法(LIPS) 元素分析钢铁成分分析定量分析【英文关键词】Laser induce plasma spectroscopy (LIPS) elemental analysis steel analysis quantitative analysis 【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848【目录】用激光诱导等离子体光谱法分析碳钢样品中碳含量的实验研究摘要3-4ABSTRACT4第一章绪论7-26 1.1 激光诱导等离子体光谱法的简介7-11 1.2激光诱导等离子体光谱法的特点和应用前景11-16 1.2.1 激光诱导等离子体光谱法的特点11-13 1.2.2 激光诱导等离子体光谱法的应用前景13-16 1.3 LIPS在金属冶炼行业的应用实例16-19 1.4 本文的研究内容19-20参考文献20-26第二章激光诱导等离子体光谱法分析物质元素含量的方法26-44 2.1 激光诱导等离子体光谱的物理过程26-29 2.1.1 激光烧蚀作用和等离子体的产生26 2.1.2 激光和等离子体相互作用26-27 2.1.3 等离子体发射光谱27-29 2.2 等离子体发射光谱分析的两个基本概念29-31 2.2.1 光学薄条件29-30 2.2.2 局域动力学热平衡（LTE）30-31 2.3 激光诱导等离子体光谱的实验要点31-34 2.3.1 空间整体测量和空间分辨测量31-32 2.3.2 时间整体测量和时间分辨测量32-33 2.3.3 对LIPS产生影响的其他实验因素33-34 2.4 定量分析理论34-40 2.4.1 传统定标方法34-36 2.4.2 自定标方法36-40参考文献40-44第三章 LIPS的实验装置44-54 3.1 脉冲激光器44-45 3.2 激光聚焦和光谱采集的光学系统45-48 3.3 光谱仪48-50 3.4 时序控制系统50-51参考文献51-54第四章应用LIPS方法分析碳钢中碳含量的实验研究54-71 4.1 实验装置系统54-56 4.2 实验装置参数对实验结果的影响56-65 4.2.1 激光参数及其对LIPS谱线的影响56-58 4.2.2 光谱仪延迟时间的改变对LIPS谱线的影响58-62 4.2.3 样品到透镜距离对LIPS谱线的影响62-64 4.2.4 环境气体对LIPS谱线的影响64-65 4.3 固态碳钢样品的碳含量定量分析实验65-68 4.3.1 固态碳钢样品的谱线分析65-66 4.3.2 固态碳钢样品的碳含量定标曲线66-68 4.4 钢水的LIPS谱线分析68-70参考文献70-71第五章总结与展望71-73硕士研究生阶段发表的文章73-74致谢74。

激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用

第24卷,第2期光谱学与光谱分析Vol 124,No 12,pp21422192004年2月 S pectroscopy and S pectral Analysis February ,2004　激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用赵书瑞,陈金忠,魏艳红,郭庆林河北大学物理科学与技术学院,河北保定　071002摘　要　综述了近几年国内外在激光诱导等离子体方面的实验研究进展,及其在光谱分析中的应用。

着重阐明了在不同的条件下(气体种类、环境气压、激光能量、波长、脉宽、功率密度、观测高度)激光诱导等离子体的形成、辐射、电子温度、电子密度和扩散速度方面的实验研究;另外,激光诱导等离子体用于物质成分分析中,主要阐述了直接采集等离子体的辐射进行固态、液态和气态样品的分析以及激光烧蚀与ICP 光源联用进行的光谱化学分析两个方面,并对影响分析精确度和检出限的因素进行了简要讨论。

主题词　激光诱导等离子体;辐射;光谱分析;ICP 中图分类号:O43315+4 文献标识码:A 文章编号:100020593(2004)022*******收稿日期:2002209228,修订日期:2003201220　作者简介:赵书瑞,女,1973年生,河北大学在读硕士研究生,保定师专物理系助教引　言近些年来,对激光烧蚀固体表面而诱导的等离子体的研究已引起人们的极大兴趣,在薄膜激光溅射技术、同位素激光富集技术、激光痕量分析技术、表面可蚀和改性以及非晶纳米晶化等研究中都涉及到激光诱导等离子体问题。

因此,对激光等离子体特性的研究与应用已引起许多材料科学工作者的重视。

激光诱导等离子体的形成过程是一个相当复杂的过程,与许多因素密切相关,人们多采用改变实验条件的方法(诸如不同的激光波长、脉宽、能量、靶材料、环境气体的种类与气压以及其他因素)对靶的烧蚀速率,产物平均动能和产物光辐射规律等进行了大量的研究。

本文对激光诱导等离子体的实验研究及其在光谱分析中的应用进行了简要评述。

libs激光诱导击穿光谱

libs激光诱导击穿光谱激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种分析技术，通过激光脉冲诱导样品形成等离子体，然后使用光谱仪来分析等离子体中的发射光谱，从而确定样品中元素的存在和浓度。

LIBS技术具有以下几个特点：非接触性、快速、无需样品预处理以及对大多数样品均适用。

这些特点使得LIBS在很多领域得到了广泛应用，如环境监测、冶金学、博物馆保护、食品和饮料质量检测等。

LIBS技术的基本原理是，在激光脉冲照射样品表面时，激光能量会被吸收并加热样品，达到等离子体形成的温度。

当激光能量足够高时，样品表面会发生等离子体产生的现象，形成一个包含高温等离子体的小火球。

这个高温等离子体内部的原子和离子会发射出光，形成光谱信号。

LIBS结果的分析主要依赖于光谱仪测量到的光谱信号。

利用光谱信号，可以确定不同元素产生的光谱线，从而确定样品中的元素种类。

通过测量光谱信号的强度，可以推测元素的相对浓度。

此外，利用激光与样品的相互作用，还可以获取有关样品中化学反应和材料特性的信息。

LIBS技术的应用非常广泛。

在环境监测方面，LIBS可以用于检测土壤中的重金属含量，以及检测大气污染物。

在冶金学中，LIBS可以用来分析金属合金中的成分，以及检测炉渣中的杂质。

在博物馆保护领域，LIBS可以用来鉴别文物中的材料成分，以及检测文物表面的污染物。

在食品和饮料质量检测中，LIBS可以用来检测农产品中的重金属污染，以及检测饮料中的成分。

LIBS技术的快速、非接触和无需样品预处理的特点，使得它成为了一种非常有潜力的分析技术。

然而，LIBS技术还存在一些挑战，如激光能量的均匀性、等离子体温度的测量和校正、光谱数据处理等。

因此，在进一步推广和应用LIBS技术时，需要进一步改进仪器设计和数据分析算法，以提高其分析精度和稳定性。

总之，LIBS技术是一种非常有潜力和应用广泛的分析技术，可以用来快速、准确地分析样品中的元素成分和浓度。

激光诱导等离子体光谱法(LIPS)及其影响因素

基于LIPS检测铬铁碳含量时影响因素的分析摘要利用聚焦的强激光束入射物体表面产生激光等离子体，对等离子体中原子和离子发射谱进行元素分析叫做激光诱导等离子体光谱法(Laser-induced plasma spectroscopy)，简称LIPS。

由于LIPS测量方法具有许多优点，如不需对样品进行预处理，快速、无损检测，高灵敏度，可以对固体、液体、气体中的悬浮颗粒等进行实时的现场检测，所以这种方法逐渐成为化学分析的一种重要方法。

影响分析检测的主要因素有激光的能量密度，激光的波长，激光脉冲宽度，样品的物理化学性质，以及周围环境气体的性质和压力等的影响。

关键字激光诱导等离子体光谱法(LIPS) 碳元素含量光谱仪影响因素1引言激光诱导等离子体光谱法（LIPS）是基于高强度的脉冲激光与材料相互作用，产生等离子体，对等离子体辐射的光谱分析，获得被测物质的成分和含量，适用于固体、液体和气体样品。

脉冲激光束（脉宽纳秒量级，单脉冲能量几十毫焦）经透镜聚焦后作用于样品表面，能量密度达到GW/2cm以上，辐照处物质蒸发、气化后形成稠密的等离子体，等离子体一般能持续几十微秒后衰减消失。

激光诱导等离子体光谱法装置简便，样品无需预处理，发射一次脉冲能同时测量多种元素，可以实现快速的在线分析，大大提高生产效率，以及实现有毒、强辐射等恶劣环境下远距离、非接触性探测分析。

LIPS 的应用领域非常广泛，在环境保护，地质矿藏勘探，核燃料分析处理钢铁冶金，考古,海洋等领域都有广泛的应用。

2 LIPS的装置与实验结果2.1 LIPS的典型装置典型的LIP S光谱探测系统主要由激光光源、光束传输系统、分光系统、信号接收系统、时序控制系统和计算机等组成。

系统架构示意图如图1所示。

该系统的工作原理为:脉冲激光器输出的脉冲光束经聚焦透镜聚焦到样品表面，样品被烧蚀、蒸发、激发和离化后在样品表面形成高温、高压、高电子密度的等离子体的火花，辐射出包含原子和离子特征谱线的光谱;将等离子体光谱通过光纤导入到分光系统，分光系统后面的信号接收系统采集信号，将光信号转化成电信号输出;经数据处理电路进行滤波、放大、A/D转换、存储等处理过程，然后送入计算机进一步处理。

激光诱导等离子体光谱技术及应用

国内研究进展情况
国内LIPS技术相对起步较晚，目前虽有一些高校及科研单位从事LIPS技术的研究，但大部分仍偏向于理论及方法的探索，如对激光等离子体的产生机理，以及激光脉冲宽度，脉冲能量，环境气体成分，压强大小，延迟时间等试验条件对等离子体的影响等方面进行了一定研究，研究目的多为对基础理论的探讨与改进。作为高新技术产业，国内没有相应的自主研发及集成的技术企业，相关产品均来自国外。。
目前工作重点：土壤重金属监测
——车载LIPS 激光元素分析仪
突发环境事件应急监测系统
• 该系统采用激光诱导等离子体光谱技术，利用激光作为激发源，搭建元素光谱测量系统，可以对固体、液体、气体中的几乎所有元素做快速定性定量分析，在突发环境事件中能够快速对空气、水体、土壤、食品、物品、建筑、植被、生物样品等进行检测，快速判断环境是否受到污染，并确定污染元素。
环境监测系统发展方向和长期目标
深入研究LIPS技术，创新分析方法，依靠科技创新与技术进步，实现无人机空中采样和水下潜航器采样，完善空气环境和水体环境的重金属检测分析方法，构建LIPS立体生态环境监测分析系统，提高生态环境监测立体化、自动化、智能化水平。为我国初步建成陆海统筹、天地一体、上下协同、信息共享的生态环境监测网络做出贡献。
鸣谢：天津陆海石油设备系统工程有限责任公司天津市高新技术企业协会节能环保分会
等离子体随着向外界环境膨胀过程而逐渐冷却，并发射表征样品组分信息的光谱。
利用光电探测器和光谱仪对等离子体发射光谱进行采集。
通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品组分的类别和含量信息。
国外研究进展情况
美国宇航局喷气推进实验室于2009年发射的火星科学实验室（Mars Science Laboratory简称MSL），搭载 LIPS仪器ChemCam，用于火星岩石成分的快速实时分析。近年来，随着高功率脉冲激光光源、分光系统、探测器件、高时间分辨测量技术、以及光谱数据处理软件的迅速发展，LIPS分析机理研究不断深入，应用的领域逐渐增多。

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ＬＩＹｅｑｉｕ，ＨＵＡＮＧＣｈｅｎｇｍｉｎ，ＺＨＯＵＨａｎｇｙｕ
（ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１５９，Ｃｈｉｎａ）
ｓｐｅｃｔｒｕｍｓｉｇｎａｌｓｏｆ３００ｎｍｎｄａ３９６ｎｍａｒｅｌｉｎｅａｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｈｅｔｉｎｃｉｄｅｎｔｌａｓｅｒｅｎｅｒｇｙ．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎａｉｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，Ｎｄ：ＹＡＧｐｕｌｓｅＱ— ｓｗｉｔｃｈｅｄ１ａｓｅｒｗａｓｉｎｄｕｃｅｄｔｏｂｒｅａｋｄｏｗｎ
激光能量下等离子体的发射光谱。对激光入射波长进行选择，分析谱线强度和脉冲
宽度与能量大小之间的变化关系。结果表明：５３２ｎｍ激光比１０６４ｎｍ激光对Ａｌ金属激发效果更好。激发出的３００ｎｍ和３９６ｎｍ两条Ａｌ等离子体光谱信号强度均与入射激光能
量成线性关系。
关
键
词：Ｎｄ：ＹＡＧ；激光诱导等离子体光谱（ＬＩＰＳ）；发射光谱
文献标志码：Ａ
中图分类号：ＴＮ２４９
ＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｔｈｅＡＩＳｐｅｃｔｒｕｍＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＬａｓｅｒ－ＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｓｍａ
文章编号：１００３—１２５１（２０１５）０３— ００７性分析
李业秋，黄成敏，周航宇
（沈阳理工大学理学院，辽宁沈阳１１０１５９）
摘要：利用Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲调Ｑ激光器在空气环境下诱导击穿Ａ１金属样品，获得不同
第３４卷第３期
２０１５年６月
沈
阳
理
工
大
学
学
报
ＶＯ１．３４ＮＯ．３
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＬｉｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｊｕｎ．２０１５
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｄ：ＹＡＧ；ｌａｓｅｒｉｎｄｕｃｅｄｐｌａｓｍａｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（ＬＩＰＳ）；ｅｉｓｍｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍ
激光诱导等离子体光谱技术（ＬＩＰＳ）具有快速实时以及非接触的特点，其在检测领域具有极好的应用前景。对等离子体辐射光谱进行分析，可得到物质成分及含量的信息 … 。当高功率脉冲激光聚焦到样品表面时，样品表面元素吸收激光能量被激发形成等离子体，当被激发的高温等离子从高能级跃迁到低能级时，发出的特征光谱包含了元素的成分特性。使用光谱仪对这一特征光
Ａ１ｍｅｔｌａｓａｍｐｌｅ，ａｎｄＡ１ｐｌａｓｍａｅｍｉｓｓｉｏｎｓｐｅｃｔｒｕｍｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌａｓｅｒｅｎｅｒｇｙｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｓｕｉｔａｂｌｅｌａｓｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｈｅｔｃｈａｎｇｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｐｅｃｔｒａｌｌｉｎｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｌａｓｅｒｐｕｌｓｅｗｉｄｈｔａｎｄｅｎｅｒｇｙｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｈａｔｔｈｅｔ５３２ｎｍｌａ — ｓｅｒｉｓｂｅｔｔｅｒｈａｔｎ１０６４ｎｍｌａｓｅｒｏｎＡ１ｍｅｔａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ．ＴｈｅｓｔｒｅｎｇｈｔｏｆｔｗｏＡ１ｐｌａｓｍａ
含量大小Ｉ４。ＬＩＰＳ方法已广泛应用于分析固体、液态、气态材料样品的物理化学特性。赵书瑞等使用钕玻璃激光器诱导击穿获得金属