激光诱导击穿光谱烟叶Cu谱线等离子体参数及定量分析
应用物理专业实验：专业实验15 激光诱导击穿光谱(LIBS)技术
激光诱导击穿光谱分析技术激光诱导击穿光谱技术是一类基于高功率激光器的光谱分析技术。
光谱分析技术是一种古老的化学成分或者物种组成分析技术，其基本依据在于原子和分子的光谱具备指纹特征，即：不同的原子或者分子的特有能级结构决定了它们发生的光谱谱线的波长具有本征性，通过识别谱线波长的识别和关联分析，以原子分子光谱数据库为比照依据，可以实现化学成分的定量分析。
如要使得原子或分子成分发生光谱过程，必须对样品进行光学激发，产生原子或者分子的诸多激发态。
传统的光谱分析技术中，样品的激发手段包括:火焰燃烧、ICP炬、微波炬等。
利用高功率激光加热样品，也可以实现样品的快速高温激发，因为激光激发的过程中发生电子加热、样品气化和蒸汽击穿的过程，因此这种技术称为激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）。
在上世纪80年代，美国的Los Alamos National Laboratory首先实现了LIBS技术，并将其应用于物质的化学分析，但是该技术当时并没有在美国国内引起多少反响，反而其他许多国家却对此表现了很大的兴趣。
在9·11恐怖袭击后，美国军方开始将该技术应用于各种安检，快速检测分析疑似爆炸物。
经过近30年的发展，LIBS已经成为研究激光与物质相互作用的重要工具，在光谱分析，激光薄膜沉积和惯性约束核聚变等方面也有着广泛的应用，成为原子光谱分析技术的最活跃领域。
LIBS技术与传统的火焰原子光谱、ICP发射光谱技术迅速结合，在很多领域得到广泛的应用。
1.发展概况LIBS已被广泛地应用到多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA的火星探测计划等，并且开发出了许多基于LIBS技术的小型化在线检测系统。
LIBS系统的技术发展历程可以分为三个阶段：第一个阶段是60年代到70年代中期，伴随着激光器的发明，其出色的高功率特性使之成为诱发气体电离和击穿的有力手段之一，同时，伴随等离子体物理学的产生和发展，激光诱导击穿等离子体发展成为研究激光与物质相互作用的重要领域。
激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用研究进展
激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用研究进展摘要：重金属污染对环境和人类健康造成了严重威胁。
因此，开发高效准确的监测方法至关重要。
激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种无损、快速、便携和高灵敏度的方法，近年来在重金属环境监测中得到了广泛应用。
本文概述了激光诱导击穿光谱技术的原理和优势，并总结了其在重金属环境监测中的应用研究进展。
通过分析文献和研究成果，我们发现LIBS技术在重金属元素分析、样品分类和质量控制等方面展现出良好的前景。
然而，目前仍存在一些挑战需要克服，如定量分析的准确性和标准化方法的建立。
因此，今后的研究需要着重解决这些问题，进一步提高激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用水平。
1. 引言重金属是一类具有毒性的元素，常见的有铅、汞、镉和铬等。
它们由于工业生产和废物处理等活动被排放到环境中，严重污染了土壤、水体和大气等环境介质。
重金属的积累和富集对生物体产生毒性作用，给生态系统和人体健康带来了极大的风险。
因此，建立一种高效准确的重金属环境监测方法对于环境保护和人类健康至关重要。
2. 激光诱导击穿光谱技术原理激光诱导击穿光谱技术利用激光的能量作用于样品表面，使其蒸发和电离形成等离子体。
等离子体中的原子和离子经过激发和跃迁过程，发射出特定频率的光谱线。
通过分析这些发射光谱，可以确定样品中的元素成分和浓度。
LIBS技术具有无损性、快速性、便携性和高灵敏性等优点，因此被广泛应用于各个领域。
3. 激光诱导击穿光谱技术在重金属环境监测中的应用3.1 重金属元素分析通过LIBS技术可以实现对重金属元素的快速分析。
研究表明，LIBS技术可以准确测定土壤、水体和废物中重金属元素的含量，并且与传统的分析方法具有相当的准确性和可靠性。
此外，由于LIBS技术的快速性，大量的样品可以在短时间内进行分析，从而提高了分析效率。
3.2 样品分类重金属环境监测中，样品来源多样，种类繁多。
利用LIBS技术可以对不同来源的样品进行分类和鉴别。
激光诱导击穿光谱仪参数
激光诱导击穿光谱仪（LIPS）是一种用于分析材料成分的仪器。
其参数包括：1.激光波长：LIPS通常使用紫外激光、绿色激光或红色激光，波长一般在200-1000纳米范围内。
2.激光脉冲宽度：激光脉冲宽度越窄，能量越高，对样品的破坏也越大。
一般来说，LIPS的激光脉冲宽度为纳秒级别。
3.激光能量：激光能量越高，能够产生更明显的光谱信号。
LIPS的激光能量一般在微焦耳至毫焦耳之间。
4.接收光学系统：接收光学系统包括光纤、光谱仪和探测器等组件。
光谱仪的分辨率越高，可以分析的元素就越多。
5.样品制备：由于样品的不同形态和性质，需要采用不同的样品制备方法，如液体样品需要通过喷雾或者溅射的方式制备成微小颗粒，而固体样品需要研磨成粉末或者切割成薄片等。
以上是激光诱导击穿光谱仪的一些常见参数，它们的不同组合可以用于不同的样品分析和应用场景。
6采用激光诱导击穿光谱技术探测等离子体温度
- 1 1 1
Fig. 2 Sketch map of the angle in detectio n
点光源探测接收立体角: = 2 ( 1- cos ) = 2 1- cos arct an d r
( 1) 等离子体口径约 0. 5 cm , 接收光纤口径 50 m , 代 入数据, 即可得到透镜的放大倍率为 0. 01 , 即: m = r/ r = 0. 01 ( 2) 则接收效率为 r2 = 0 . 01 0 . 05 ( 1- co s ) ( 3) r 2 接收透镜 L2 的焦距 f = 2. 54 cm , 半径 d = 1. 27 cm , 透镜到等离子体中心的距离 r = 12 . 7 cm , 此时 的光仍然在光纤的接收角的范围内。代入数据, 可 以得到光接收效率为 0. 000 4。 我们通过用等离子体特征谱线相对强度的方 法, 在等离子体达到局部热力学平衡温度的时候 , 用测量电子温度的方法测得等离子体的温度 [ 8] 。 在热平衡时的波尔兹曼分布为 Nj g j - ( Ej - E i ) = ex p ( 4) N i gi kT 其中 , N i 、 N j 表示的是电子能级 , g i 、 g j 表示的是 i j 能级的简并度, E 与 E 表示的是激 发态能级, T 为温度, k 为波尔兹曼常数。 hvA N 辐射强度 I= ( 5) 4
第5期
刘强 等 : 采用激光诱导击穿光谱技术探测等离子体温度
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是瞬间行为, 目前的仪器还无法直接测量 , 所以这 种等离子体的温度通常用电子温度来表征。由于 温度是粒子平均平动动能的标志, 因此电子温度可 以通过测量电子的最可机速率来实现。激光等离 子体内复杂的相互作用, 使各种原子的各级跃迁都 有可能被激发。尽管等离子体是瞬间的 , 但还能满 足局域热平衡条件, 因此可根据波尔兹曼分布率近 似计算等离子体的电子温度。 图 2 是一个接收探测角度的计算图。接收处 接收光纤的口径为 50 m, 距透镜 3. 2 cm, 透镜距 等离子体 12. 2 cm , 透镜 L 2 是一个 180 的猫眼透 镜, 接收方向约 30 。
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。
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。
激光诱导击穿光谱高精度气体浓度分析研究
激光诱导击穿光谱高精度气体浓度分析研究激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）作为一种非接触和不需前处理的分析技术，在气体浓度分析中具有重要的应用前景。
本文将对激光诱导击穿光谱高精度气体浓度分析的研究进行探讨和总结。
首先，我们将详细介绍激光诱导击穿光谱技术的基本原理。
LIBS利用激光脉冲对样品进行瞬时加热，产生爆发性离化和击穿，进而在样品中形成等离子体。
等离子体的激发态和离子态的跃迁辐射出特征谱线，通过光谱分析可得到样品的成分和浓度信息。
这种非接触的分析方法不仅具有高灵敏度和高选择性，还能适用于远距离和复杂环境等应用场景。
其次，我们将详细探讨激光诱导击穿光谱在气体浓度分析中的应用。
气体浓度分析一直是环境监测、工业生产和安全检测等领域的重要任务。
相对传统的气体分析方法，如气相色谱和质谱等，激光诱导击穿光谱具有更快的响应速度、更高的探测灵敏度和更广的测量范围。
通过激光诱导击穿光谱技术，可以实现对空气中的气体组分进行快速准确的在线监测，对环境质量和生产过程进行实时监控和预警。
随后，我们将探究如何提高激光诱导击穿光谱的测量精度。
精确的气体浓度分析需要克服一系列挑战，如光谱峰位漂移、光谱峰线叠加、声子振动等干扰。
针对这些问题，研究人员提出了一系列方法和技术。
例如，通过引入外部标准物质和内部校正方法，可以实现光谱定标和准确定量。
此外，光谱数据处理和多变量分析等统计方法也被广泛应用于激光诱导击穿光谱的分析。
这些技术的应用为提高激光诱导击穿光谱的测量精度提供了有效的手段。
最后，我们将总结并展望激光诱导击穿光谱在气体浓度分析中的未来发展。
随着激光和光谱技术的不断进步，激光诱导击穿光谱在气体浓度分析领域的应用前景将更加广阔。
未来的研究可着重于提高测量精度和稳定性，优化仪器设计和数据处理算法，并拓展激光诱导击穿光谱的应用范围，如环境监测、生产安全和医学诊断等领域。
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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激光诱导击穿光谱烟叶Cu谱线等离子体参数及定量分析路朝辉;陈睿鹏;马刘正;孙海峰;王顺;常课课;郭清乾;冯小虎;胡建东【摘要】The rapid detection and real-time monitoring of plant elements is very important in the field of agriculture.A method using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)for the determination of the spectroscopy characteristics of Cu in tobacco was evaluated.To perform the calibration curve,several tobacco samples containing Cu arranged from 8.59 to 156.35 μg·g-1 were prepared.The amount of Cu prepared in laboratory was measured using atomic absorption spectroscopy.Experiments indi-cated that the characteristic spectrum of Cu at the wavelength of 324.75 nm was quite clear,and easy to obtain.From the char-acteristic spectra obtained from Cu-contained samples,the temperature and density of the plasma induced by laser were calculated to be 39458.94 K and0.74×1016 ,respectively.The fitting curve between the intensity of the spectral lines and the sample con-centrations was established with the correlation coefficient (r square)of 0.98 ,the mean relative standard deviation (RSD)of 2.59%,the limit of detection (LOD)of 7.72 μg·g-1 and the spectral signal-noise ratio of 7.86.The method was successfully applied to predict the Cu amounts in tobacco samples,which has a potential to be used in cigarette production lines and tobacco breeding.%农业领域中对植株元素的快速检测和实时监控十分重要.采用Nd:YAG激光器和中阶梯ICCD光栅光谱仪获取金属元素Cu等离子体谱线.为研究激光诱导击穿光谱(laser induced break-down spectrosco-py,LIBS)金属元素Cu定量分析的标定曲线和等离子体参数,制备Cu含量范围为8.59~156.35μg·g-1烟叶样品进行实验.实验结果表明烟叶中金属元素Cu特征谱线324.75 nm处干扰小、谱线明显.烟叶样品受激发产生等离子体温度为39458.94 K,Cu等离子体电子密度为0.74×1016,谱线强度和样品浓度建立的标定曲线相关系数r为0.98,平均相对标准偏差RSD(relative standard deviation)为2.59%,Cu含量理论最低检测限为7.72μg·g-1,谱线信噪比(SNR)为7.86.激光诱导击穿光谱方法可以应用于卷烟生产线在线检测金属元素Cu含量和监测烟叶中金属元素Cu对烟草生长的影响.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2017(037)010【总页数】6页(P3214-3219)【关键词】激光诱导击穿光谱(LIBS);烟叶;等离子体;最低检测限【作者】路朝辉;陈睿鹏;马刘正;孙海峰;王顺;常课课;郭清乾;冯小虎;胡建东【作者单位】河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;河南农业大学机电工程学院,河南郑州450002;河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;江西省烟草公司抚州市公司,江西抚州 344000;河南农业大学机电工程学院,河南郑州 450002;生物质能源河南省协同创新中心,河南郑州450002【正文语种】中文【中图分类】S24随着人们健康意识不断增强，吸烟危害健康越来越受社会各界关注。
20世纪50年代末，美国卫生署和英国皇家医学会就曾发表公告，吸烟过量是产生肺癌主要病因之一；世界卫生组织也指出，疾病流行和人类死亡率上升与烟叶大量使用和日益泛滥有关；出于对健康负责，世界各国对吸烟与健康问题都采取了积极态度并开展了广泛研究[1-4]，当烟叶在高温条件下燃烧或燃吸时, 内部化学成分发生一系列化学变化，最终形成卷烟烟气。
烟卷在燃烧过程中，产生有害化合物大约有1/3直接来自烟草中金属元素化合物, 虽然化合物含量较低，但直接影响人类健康，所以烟叶有害金属元素在线快速检测显得十分重要。
激光诱导击穿光谱(LIBS)与传统分析方法相比，具有快速定性和定量分析、无需样品繁琐预处理以及检测范围宽等特点，在冶金、煤碳、土壤的检测方面得到广泛应用。
在烟叶金属元素分析方面，Silestre直接用LIBS方法检测烟叶中的Ba，Ca， K和Mn等元素，与传统方法对比其准确率达95%，探索了LIBS技术检测烟叶中金属元素和微量元素的可行性[5]。
Alvira等通过对雪茄香烟研究发现, 市场雪茄香烟存在掺假现象，可通过LIBS技术快速鉴别[6]。
Tripathi等提出微量元素在农作物中的重要作用，并采用LIBS方法研究了植物中微量元素和土壤之间关系，阐述了微量元素检测重要性和紧迫性[7]。
韩见同等利用自由定标法测定了烟草和烟灰中Na， Mg， Al， Ti， Mn， Fe， Cu和Zn等元素含量，并估计了每支烟燃烧时挥发到烟气中的各种金属元素含量。
研究表明烟叶具有复杂多相性、领域差异性大和普遍性强等特点，这对研究分析烟叶金属元素成分和定量测定造成了一定的困难。
在LIBS技术研究方面，虽然等离子体信号获取较为简单，但对某一种待测物的等离子体性质及形成机理研究尚处于定性理解阶段，需要大量实验与理论研究，其中等离子体温度和电子密度是描述等离子体特征的两个十分重要的参数[8]。
尽管国内外已经在LIBS应用于烟叶的检测方面开展了一些研究，但未见对烟叶的等离子参数进行分析并对烟叶中金属元素定量检测的报道[9]。
本工作构建烟叶检测的LIBS实验平台，分析了激光诱导产生的等离子体的参数。
旨在通过对激光诱导激发的金属元素谱线性能和等离子体参数研究，提高LIBS技术应用于烟叶中金属元素检测的精度和可重复性。
1.1 样品准备选取产自于江西抚州的烟叶，将处于半干燥的大片烟叶剔除粗大的叶茎后剪成小块，准备30个器皿，分别编号为1～30，每个器皿中放入处理好的小块烟叶3 g。
加入不同浓度的CuSO4溶液浸泡样品，忽略烟叶本身的Cu离子浓度的影响。
浸泡48 h后取出烟叶样品，通过对烟叶样品表面多次清洗去掉残留的CuSO4溶液，在100 ℃温度下烘48 h后，粉碎，称取粉碎后的样品1 g压片，压力为14 MPa，样品半径为3 mm，厚度为2.5 mm。
粉碎和压片处理后的烟叶如图1所示。
1.2 激光诱导击穿光谱(LIBS)检测机理LIBS烟叶金属Cu元素检测基本原理是利用高能量激光脉冲聚焦到烟叶表面，烟叶样品中金属原子或者离子受到强激光辐射吸收能量，从而由基态到激发态或电离态，即这些原子或离子由较低能级Ei激发到较高能级Ek，由于处于激发态的原子或者离子非常不稳定，将以一定的机率向基态或者能量较低的能级跃迁，跃迁时会以光子辐射的形式释放能量。
在烟叶Cu元素LIBS检测实验装置系统中，假设Cu元素等离子体是光学薄膜等离子体且处于局部热平衡状态，等离子体的重吸收和自吸收效应忽略不计。
因此，Cu元素发射谱线强度I可以看作是Cu元素等离子体在相应能级之间跃迁的度量，那么谱线强度对应于Cu元素在Ei和Ek能级之间的跃迁和Cu元素含量之间关系表达式为式(1)中为Cu原子从k能级跃迁到i能级谱线强度， f=a， a是与LIBS实验装置相关的系数， cCu为实验样品中Cu含量， gk为k能级统计权重(gk=2j+1)，Aki为原子从k能级到i能级跃迁概率，UCu(T)为温度T下Cu元素的配分函数，Ek为k能级电势能， h为玻尔兹曼常数。
1.3 仪器及参数实验装置如图2所示，烟叶测试LIBS实验平台主要包括：Nd∶YAG脉冲激光器(出射激光波长266 nm，重复频率10～20 Hz可调)，光学系统，样品室，等离子体光谱信号收集光纤，中阶梯光栅光谱仪+增强型CCD和同步时序控制延时控制器。
为了获得响应信号高、背景噪声低的激光等离子体发射光谱，提高测试灵敏度，实验前用鲜烟叶样品进行工作参数的优化。
优化后工作参数是：激光波长为266 nm，单脉冲激光输出能量为135 mJ，脉冲宽度10 ns，重复频率10 Hz，延迟时间1 μs，积分时间2 ms，激光光束的焦点位于样品表面以下1 mm 处。
脉冲激光器产生的激光经过光路系统反射聚焦后作用于待测样品表面，样品受激发产生等离子体，通过光纤探头将等离子体信号收集到光谱仪中。
2.1 烟叶样品标准浓度为了得到烟叶样品中Cu标准浓度，实验采用原子吸收光谱法进行检测。
样品处理过程如下：准确称量0.5 g粉碎后的烟叶样品并置于烧瓶中，加入5 mL HClO4∶HNO3=1∶3 (V/V)，放置在加热板进行加热，随着消解液温度升高，蒸发速度不断加大，当消解液减少到约2 mL时，观察其状态，如颜色仍较深或有未分解物，此时将锥形瓶取下待冷却，然后补加5 mL纯硝酸。