空气中激光烧蚀Cu产生等离子体发射光谱的研究
化学论文参考文献范例
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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。
浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展
浅谈激光烧蚀技术的应用及研究进展摘要：随着激光技术的发展,当今社会激光烧蚀技术越来越受到了人们的关注。
本文主要介绍了几种激光烧蚀技术的不同应用,以及对激光烧蚀技术的进展做了简单的研究。
关键词：烧蚀等离子体聚合物激光烧蚀技术是通过飞秒-纳秒量级的脉冲激光来将材料表面烧蚀，已经被广泛应用于微加工、外科手术、X射线激光、生物分子质谱以及一些艺术品修复/清洁等领域；对激光烧蚀产生的等离子体的光学/光谱诊断是研究等离子体动力学的主要方法之一。
1 激光烧蚀技术的应用1.1 激光烧蚀光谱(LAS、LIBS)技术的应用近年来光谱领域发展迅速，其中激光烧蚀光谱技术是其中一种比较崭新的分析手段。
该技术主要是通过聚焦强激光束激发样品靶面，产生高温等离子体，通过测定等离子体冷却过程中发射光谱的波长与强度来进行定量分析、元素定性。
激光烧蚀光谱技术虽然对于痕量元素的分析能力不足，但是该技术并不需要对样品进行繁琐的化学处理，具有破坏性小，具有快速、实时、可远程监测等特点，被广泛应用于地质、冶金、核工业、材料、燃料能源、生物医药等领域；电感耦合等离子体质谱(ICP2MS)分析技术是一种公认的高灵敏度、强有力的、多元素及同位素分析技术。
1.2 激光烧蚀技术在微纳米材料制备中的应用激光与靶材相互作用后，周围的物理空间便可粗略的分为高温高压等离子体聚集区、液相区和固相区三个区域，如图1所示。
等离子体聚集区是由离子、电子以及未电离的中性粒子集合组成，整体呈现电中性，该区域对激光能量的传输障碍比较小。
液相区是靠近等离子聚集区的熔融层，材料处于液态或固-液共存态。
靠近液相区的是固相区，该区域虽然也吸收了激光能量，能使温度升高，但是能量强度不足以使该层进行熔化。
基于激光烧蚀技术制备的各类材料的生长过程，如一维纳米线和零维纳米颗粒、二维薄膜等，几乎都是通过应用高温高压等离子体的成核、生长所完成。
因此，激光烧蚀产生的高温高压等离子体在激光烧蚀技术制备微纳米材料中起着重要的作用。
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。
激光产生Al等离子体基本特性的实验研究
［］ 陆 同兴 ， 群． ４ 路轶 激光光谱技术原理 及应用［ ． Ｍ］合肥 ：
中 国科学技术大学 出版社 ，９ ９ ３ —１ １ ９ ：４５ ．
３ 结 论
本 文通过 对 功率 密度 为 ９ ７ １。Ｗ／ｍ 的激 ．× ０ ｃ 光 烧蚀 Ａ１ 生 的等 离 子体 发 射 光 谱进 行 观 测 和 分 产 析 ， 出 了 Ａ１等 离 子 体 发 射 光 谱强 度 的空 间演 化 给
空气 中 Ａ 等离 子体发射谱线强 度 的空 间分辨光 ｌ 谱 ． 图 中可 以看 出， 离 子谱 线 强度 较 弱 ， 衰 ］从 Ａｌ 且
减 快 ； 原子 谱线 强度 比离子 谱线 强度强 得 多 ， 衰 而 且 减慢 ， 续 的空 间距离 较长． 与粒 子 的碰撞 激发 以 持 这 及带 电粒子 之 间的 复合 过程 相关．
敏度 、 无须 对样 品进行 繁 杂 的预处 理 、 分析 样 品具 对
辨光谱． 光谱信号经光学多道分析仪 （ ＭＡ ， Ｏ ） 送至 计 算机 进行数 据 的记 录 与 处 理 ， 同时 也 由示 波 器 同 步观察． 光谱信号的采集由激光器的调 Ｑ开关 同步
输 出脉冲信 号控 制．
有极小的破坏性、 分析时间短 以及可用 于远程测量 等优点， 已引起人们的广泛关注 ， 并在许多领域得到 成功 应用 Ｌ ｊ １． ≈ ・ 本文 通过对 空气 中烧 蚀 铝靶 产生 的等离 子 体光 谱进行 观 测 与分析 ， 研究 了等 离 子 体 光 谱强 度 随空 间距离的变化关系 以及等离子体电子温度与电子密 度在 近靶 面处 的空 间变化 规 律．
２ ４ 电子 密度 ．
电子 密度 是 研究 等离 子 体 的基本 物理 量 ， 与 它 等离 子体 的不 透 明度 等参 数 有 密 切 的关 系． 据 局 根
激光烧蚀铝等离子体的离子特性的实验研究
摘 要 ： 过 外加 平 行板 板 直流 电 场法 ， 定 了准 分 子 激 光 烧 蚀 靶 产 生微 等 离子 体 中 离子 形 成 通 测 的 电流 ， 究 了激 光 能 量 、 压 以及 电压 等 因素 对等 离子 体 中的 离子 特 性 的影 响 ， 对 离子 产 生的 研 气 并
可 以获 得 理想 化 学 配 比的薄 膜 ， 且此 方 法 具 有实 验 装 置简 单 、 用 性 强 、 积效 率 高等 优 点 ， 此被 广 泛应 而 适 沉 因 用 于高 温 超导 体 、 导 体 、 半 铁磁 体 和类金 刚石 等 薄膜 的制 备 和 研 究 ． 冲 激 光烧 蚀 产 生 激 光 等 离 子 体 是 一 个 脉 复 杂 的物理 和化 学 过程 ， 目前 对该 过 程 的 研 究仍 处 于 定性 、 至 定 量 的探 索 阶段 ． 激 光 等 离 子 体 内 的 电子 乃 对
维普资讯
第２ ５卷 ２期
２ ０２ ６月 ０ 年
安 徽 师 范 大 学 学 报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏ ｒａ ｆＡｎｈ ｉＮｏ ｍａ ｉｅｓｔ （ ｔｒ ｌ ｉｎ ｅ ｕ ｒ ｌＵｎｖ ｒｉｙ Ｎａ ｕａ ｅ ｃ ） Ｓｃ
２ 实 验 装 置
实 验 装 置简 图如 图 １所 示 ． 蚀 光 源 为 Ｌ ｍｂ ａＰ ｙ ｉ 司 的 Ｌ Ｘ一１ ５ 准 分 子 激 光器 ， 作 波长 为 烧 ａ ｄ ｈ ｓ ｋ公 Ｐ ０ｉ 工
Ｆｉ ． ｈ ｍ ａ ｉ ｉｇ ａ ｏ ｈ ｘ ｒｍｅ ｔｌ ｓ ｔ ｐ ｇ １ Ｓｃ ｅ ｔｃ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｔ ｅ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ
激光诱导击穿光谱技术在铜矿石元素分析中的应用
激光诱导击穿光谱技术在铜矿石元素分析中的应用摘要:文章通过对激光诱导击穿光谱技术在铜矿石元素分析中的应用，得出矿石中钙、镁、铜、铁、碳、钠、硅、铝等元素含量。
同时结合运用玻尔兹曼法，基于原子谱线计算得到矿石等离子体的电子温度及等离子体的离子温度。
基于实验结果，该方法可以满足实验要求，如普及运用的话，还需做专业论证。
关键词: 激光诱导击穿光谱技术；等离子体，铜矿石laser-induced breakdown spectroscopy in elemental analysis of copper oreLei Bo Li Qing-cui Jing MiaoShaanxi Institute of Geology and Mineral Resources Co.Ltd,xi’ancity shaanxi 710000Abstract:The content of calcium, magnesium,copper,iron,carbon,sodium,silicon and aluminum in copper ore was obtained through the application of laser-induced breakdown spectroscopy in elemental analysis of copper ore.At the sametime,boltzmann method is used to calculate the electron temperatureand ion temperature of plasma based on atomic spectra.Based on the experimental results,this method can meet the experimental requirements.If it is widely used,professional demonstration is needed.Key words:laser-induced breakdown spectroscopy;Plasma,copper ore1引言获取矿石元素的组成成分对于了解地质演变及成矿是很重要的。
激光诱导铜产生等离子体羽辉的颜色特性
中 图分 类 号 ： ２ ９ ０ ３ ＴＮ ４ ： ５ ６
Ｃｏ ｏ ｒ ｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆｐｌ ｓ ａ ｐｌ ｍ ｅ ｐｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｌ ｕ ｒ ｐ ｒ ｉｓｏ ａ ｍ ｕ ｏ ｕ ｅ ｙ
ｐ ｌｅ ａ ｅ ｂ ａ ｉ ｇ ｍ ｅａ ｕ ｓ ｄ ｌ ｓ ｒ ａ ｌ ｔｎ ｔ ｌＣｕ
１ ０ —２ Ｘ（ ０ ７ １ － ６ ６０ ０ ４９ ４ ２ ０ ） １１ ８ —４
பைடு நூலகம்
激 光诱 导铜 产 生等 离子体 羽辉 的颜 色 特 性
黄庆举
（ 茂名学院 物理系， 广东 茂名 ５５ ０） ２０ ０
摘 要 ： 了研 究 等离 子体 羽 的 辐 射 特性 ， 立 了激 光 诱导 辐 射 模 型 。通 过 时 空 分 辨 光 谱 测 量 技 术 ， 定 了 激 光 烧 蚀 铜 诱 为 建 测 导 产 生 等离 子 体 羽 辉 在 氧气 环 境 下 的发 射 光 谱 及 其 发 射 强度 随时 问与 空 间 的分 布 ； 用 快 速 照相 法 ， 摄 了等 离 子 体 羽 利 拍 的 照 片 。结 果 表 明 ： 离 子体 羽光 谱 主要 由 Ｃ 等 ｕ的 原 子 谱线 、 价 离 子 谱 线 组 成 ； 不 同 区域 的颜 色 不 同 ， 随环 境 气 压 一 其 且 而 变化 。认 为 等 离 子体 羽 的不 同区 域 诱 导 发光 机理 不 同 ， 中心 区域 以连 续 辐 射 为 主 ； 中问 区域 以原 子 谱 线 和 一 价 离 子 谱 线 为 主 ． 区域 以原 子 谱 线 为 主 。连 续 辐 射 主 要 来 自近 靶处 高 能 电 子 运 动 而 产 生 的 韧 致 辐 射 以及 电子 和 一 价 离 子 的 夕围
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4 scaleb ytherelativeline
intensities 1 Finally,s pacecharacteristicsofelectrontem peratureareobtainednearthetar
get,thestren gth
andFWHM (thefullwidthhalfmaximum ) ofN ( Ⅱ) 500152nms pectrallineareanal ysed1
474
原 子 与 分 子 物 理 学 报
2005 年
这个范围的谱线主要有四条 Cu 原子谱线 :510 155 nm 、515132nm 、521182nm 和 529125nm 。可以清 楚地看到 : ①在 97mJ/ pulse 的高能 (a) 情况下的背 景连续谱比 45mJ/ pulse 低能 ( b) 情况下随空间位 置的变化要剧烈的多 ; ②在低能 (a) 情况下 ,没有 N ( Ⅱ) 的出现 ,而在高能 ( b) 情形中存在着一条明显 被增宽了的 N ( Ⅱ) 谱线 ; ③若扣除背景连续谱 ,高 能 (b) 时的原子特征谱强度要比低能 (a) 时的低 。 可以用环境气体分解效应来解释这种现象 :当激光 烧蚀金属 Cu 靶时 ,若激光能量超过一定阈值后 , 产生环境气体分解效应 ,由于环境气体分解时吸收 了激光能量 ,导致作用到 Cu 靶面的激光能量相对 减少 ,从而 Cu 样品表面被蒸发的样品质量减少 , 原子特征谱强度减弱 。但气体分解效应并不影响 韧致辐射 , 随着激光能量的升高 , 韧致辐射得到 加强 , 导致背景连续谱增强 。因此 ,这说明激光诱 导等离子体的特征辐射在很大程度上受激光能量 和环境气体的影响 。
Abstract: Usin gNd:YAGlaser (withawavelen gthof1064nmanda
pulsewidthof10ns ) ablateco pper
tar getinairtoobservetheemissions
pectraof plasma1 Thes pace2resolveds pectraaremeasuredinthe
第 22 卷第 3 期 2005 年 7 月
原 子 与 分 子 物 理 学 报
JOURNALOFATOMICANDMOLECULARPHYSICS
文章编号 : 100020364 (2005) 0320472206
Vol122 №13 Jul1 2005
空气中激光烧蚀 Cu 产生 等离子体发射光谱的研究Ξ
电子的韧致辐射和电子2离子的复合辐射 , 分立谱 经定标后 ,辨认主要为中性的铜原子谱和一次电离 的铜离子谱 。在这个波长区间内 ,观察到了七条 Cu 原子谱线和五条一次电离 Cu 离子谱线以及一 条被增宽了的 N ( Ⅱ) 谱线 。
2 实验装置
实验装置如图 1 所示 ,由 Nd:YAG 激光器发 出的 1106 μm 、10ns 的脉冲激光经石英透镜以 45° 会聚 在 Cu 靶 上 。靶 材 料 为 高 纯 铜 ( 纯 度 > 9919% ) ,铜靶的直径为 30mm 、厚度为 115mm, 在 一步进电机的驱动下绕轴匀速旋转 。激光重复频 率为 10Hz, 实验是在一个大气压的空气中下进行 的。
图 1 实验装置示意图 Fig11 Experimentalsetu pforlaser 2induced plasmas pectroscopy
3 实验结果和分析
311 等离子体发射光谱分析 在激光功率密度为 97mJ/ pulse 的条件下测量
了波长范围为 440 ～540nm 的 Cu 等离子体发射 光谱 ,如图 2 所示 。等离子体的光谱特征是在连续 谱上迭加着一系列的分立谱线 。连续谱来源于热
Cu( Ⅰ) 521182nm 谱线是在距靶 215mm 处 观测得到的 ,从光谱的空间分辨来看 ,这个位置是 谱线最强的位置 。谱线线形用 Lorentzian 函数拟 合的最好 ,这就意味着可以忽略自吸收 。然而在近 靶面和等离子体羽 - 空气相互作用区 ,观察到的谱 线线形会受到自吸收的影响 。自吸收主要分布在 这两个区域的冷却层 。最初 ,等离子体的膨胀近似 是一维的 ,即沿着靶面的法线方向 ,电子温度梯度 和电子密度梯度最大 。从垂直于靶面的法线方向 观察到的激光诱导等离子体羽为椭圆形 。在强度 最大的位置 ,冷却层是最薄的 。远离这个位置 ,由 于自吸收变得明显 ,冷却层逐渐变厚 。在本文中 , 选择 1～6mm 的空间范围内观察到的光谱作为计 算等离子体参数的光谱数据 。
ΔλD = 01716 ×10 - 6λ0 T/ M
(2)
式中λ0 是谱线的中心波长 , M 是原子量 ,可见ΔλD
与 T 成正比[6 ] 。根据实验结果 ,靶面附近等离子 体的电子温度可达 104 的量级 ,在这个温度下的 Doppler 展宽不超过 10 -2 nm, 与实验中总的谱线 宽度 (约为 1nm 左右) 相比 ,Dopple 效应可以忽 略 ;对于共振加宽 ,由于 Cu ( Ⅰ) 521182nm 谱线与 共振态无关 ,所以不予考虑 。
认识 。但是 ,激光与物质相互作用时产生的等离子 体及其演变涉及一系列复杂的动力学过程 ,同时靶 材料的性质 、所处的背景气体及其压强 、激光波长 和激光能量等各种因素制约着等离子体的形成 。 因此 ,对于激光烧蚀等离子体的研究仍然有着重要 的实际意义 。
Ξ 收稿日期 :2004209202 基金项目 :西北师范大学科技创新工程项目 (No1 NWNU-KJXGC-214 ) 。 作者简介 :苏茂根 (1978- ) ,甘肃靖远人 ,西北师范大学物理与电子工程学院硕士研究生 。主要从事激光光谱学方面的研究 。
图 3 激光功率密度
(a) 45mJ/ pulse (b) 97mJ/ pulse 时的 Cu 等离子体空间分辨谱
Fig13 Space2resolvedemissions pectraofthe plasmas,the
laserener gy (a) 45mJ/ pulse; (b) 97mJ/ pulse
wavelengthof440nmto540nmatthedifferentlaserener
gy1 Underthemodeloflocalthermod
ynamic
equilibrium,theelectronictem peratureofCu plasmaarededucedtobeinthe10
由于等离子体中的辐射原子是处于电子及离 子包围之中 ,则长程库仑相互作用力占主导地位 , 从而引起谱线的 Stark 展宽 。现有的 Stark 展宽理 论主要有两种 :一种是碰撞近似 ,处理快速运动粒 子 (如电子) 对辐射原子所造成的瞬态微扰 ;另一种 是准静态近似 ,处理缓慢运动粒子 (如离子) 所产生 的准静态场对辐射原子的微扰 。对于中性原子和 其一次电离的离子的孤立谱线 ,其谱线加宽主要是 由电子碰撞引起的 ,离子准静态库仑场引起的加宽 只是作为一种修正 。在良好的近似下 ,原子谱线的 半高全宽为[7,8]
在测量谱线线宽时 ,谱线由于离子准静态场以 及其效应引起的修正 ,使线型不对称 。整个线型是 电子碰撞加宽的 Lorentzian 型和发射粒子运动的 Doppler 加宽 、准静态离子场修正等引起的 Gauss 线型的混合[6] 。这给准确分析碰撞加宽带来了困 难 。如果忽略 Doppler 加宽和离子场修正的影响 , 则可以近似地认为辐射原子在周围电子和离子的 扰动作用下而引起的谱线 Stark 加宽主要谱线线 形为 Lorentzian 型 。为了分析谱线展宽 ,我们运用 Lorentizian 函数拟合了观察到的谱线 ,Lorentizian 函数可以表示为 :
TheresearchoflaserinducedCu plasmaemissions pectrainair
SMMao 2gen,CHENnGuan 2yin,ZHANGShu 2dong,XUESi 2min,LILan
(CollegeofPhsicsandElectronicEn gineering,NorthwestNormalUniversit y,Lanzhou730070,P 1R1China)
烧蚀产生的发射光谱由透镜收集 ,经光纤传输 再被一柱面透镜聚焦单色仪的狭缝上 。透镜到探 测区和到光纤头的距离相等 ,即 1:1 成像 。水平调 节光阑的位置 , 可摄取离靶面不同距离的空间分 辨谱 ,探测系统的空间移动精度约为 100 μm 。由 激光器输出的 Q 开关同步脉冲信号同时去触发快 速脉冲发生器和光学多道分析仪 (OMA ) 的控制 系统 。快速脉冲发生器发出高压脉冲使 OMA 的 光电探头选通 315ns 的曝光时间 ,则可获得高分 辨率的等离子体光谱 ,经光电转换后送控制处理系 统在计算机上输出光谱 。
Keywords: Laserablation;Line 2Broadenin g;Electrontem perature
1 引言
近年来 ,由于脉冲激光烧蚀在激光光谱分析 、 激光烧蚀溅射沉积薄膜 、质谱微量分析 、有机纳米 颗粒制备等领域的广泛应用[1～5] ,使得人们对于 高能脉冲激光与物质相互作用 ,等离子体羽的形成 及在真空或背景气体中的膨胀过程有了进一步的
图 4 距靶 2mm 处 Cu( I) 521182nm 谱线 Stark 展宽轮 廓的 Lorentzian 拟合曲线
Fig14 Lorentzianfittin goftheStarkbroadened profilefor Cu( I) 521152nmatd=2mm 1
y
=
y0
+
2A π
苏茂根 ,陈冠英ΞΞ ,张树东 ,薛思敏 ,李 澜
(西北师范大学物理与电子工程学院 ,兰州 730070 )
摘 要 : 利用 Q2开关 Nd:YAG 激光器产生的 1106 μm 、10ns 的脉冲激光聚焦在空气中的 Cu 靶上 ,观测了 激光诱导的 Cu 等离子体发射光谱 。采用不同的激光能量 ,分析了波长范围为 440nm 到 540nm 的空间分 辨发射光谱 。在局部热力学平衡 (LTE ) 条件近似下 ,根据谱线的相对强度 ,得到了等离子体电子温度约在 104 K 以上 ,给出了靶面附近电子温度的空间演化规律 ,并探讨了 N ( Ⅱ) 500152nm 谱线的谱线强度和半高 全宽随激光能量的变化规律 。 关键词 :激光烧蚀 ;谱线展宽 ;电子温度 中图分类号 : O53 文献标识码 :A