激光感生击穿光谱技术的原理及影响因素解析

1、第28卷，第9期2008年9月光谱学与光谱分析Spectroscopy and Spectral An alysisV01.28.No.9,pp2019-2023 September.2008激光感生击穿光谱技术（LIBS的原理及影响因素袁冬青周明？刘长隆，言峰，戴娟,任乃飞江苏大学光子制造科学技术中心，江苏镇江212013摘要激光感生击穿光谱技术（Io IBS具有不需制备样品，快速分析,可进行实时控 制的特点显示了巨大 实际应用价值，文中介绍了激光感生击穿光谱技术（LIBS的发 展历史、研究现状及其原理。同时通过重复频率为20Hz,最高单脉冲能量为50叫的纳秒激光（10ms,1064rim研

2、究了在不同激发条件下 Cr和Co薄膜 产生的光谱信 号。得出对于cr膜当激发能量小于10rnJ时信号差异不明显。但是当激发能量超 过10mJ时将产生明显的变化。分析了激光特性、延迟时间、实验装置、环境气体 的种类及压力、单/双脉冲、以及采 用的理论分析方法对LIBS探测结果的影响。关键词激光诱导击穿光谱（LIBS;等离子体；飞秒;纳秒;影响因素中图分类号:053文献标识码:A IXI:10.3964/j.issn.1000 0593【200809-2019 05引言激光波谱技术在元素分析中成为一个重要的工具，因为它具有可选性、破坏性 小、分辨率高以及可对固态、液态，气态以及浮质材料进行实时分析

3、，而激光诱导等 离子体光谱（LIBS就是这样的一种技术。Brechtl最先在第十届国际光 谱学论文集 中，提出用红宝石微波激射器诱导产生等离子体 的光谱化学法。Run geLz以及Rasberry3健立定量分析元素含量的参考曲线。Kenneth4使用红宝石激光器在矿 石上激发等离子体通过对照参考曲线探测矿石中微量元素的含量，并且探测极限达 到1000ppm（pg? mL.1。经过40多年的发展LIBS经历了以下几个过程：20世纪60 年代重点是研发 一种商品化的能用光电火花源产生等离体的仪器上。20世纪70年代主要研究光谱学和直接消融激发，同时研究大气 击穿的物理机制。20世纪80 年代起人们

4、把LIBS技术应用到光谱化学中，研究提高探测精度及可靠性。20世纪 90年代中期至今这种技术才得到广泛应用及研究，并应用于实际，如环境污染的监 测材料加工的控制等。现在LIBS技术的研究热度不断升高，重点转向提高探测的 可靠性，经济性和 高精度，主要方向为用超短激光脉冲（fs来激发等离子体，此时产生 的背景信号弱，从而提高了探测精度和探测极限，并且fs-LIBS具有更高的重复性使 其成为比较有应用前景的 技术5.6。1LIES技术的测量原理及装置1.1测量原理激光诱导等离子体（LIBS工作示意图如图1所示。输出激光聚焦到被测物体上 脉冲激光的持续时间一般为10ns,到达材料表面的功率密度达1G

5、w? crn一,在如此 高激光功率密度作用下，被测材料表面很快就会有少量（大约几gg的物质被喷射出 来，这个过程称为激光剥离，同时一个寿命 很短、具有高瞬态温度（10000C的发光等 离子体在材料表 面形成。这束等离子体里，剥落材料被分解为离子和原子。在激光脉冲的最后，因为等离子体以超音速向周围扩散快速冷却。这段时间内，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射。通过灵敏 的光迟时阃:Fig.1Schematic diagram of laser- in duced breakdow n spectroscopy(LIBStech nique收稿日期:200710

6、28修订日期:2008 0128基金项目：国家“863”技术极端制造专题项目（2006AA042307,全国百篇优秀博 士论文基金项目（2006039国家自然科学基金项目（50775140国家科研项目 （1621220013和江苏省高校自然科学基础研究重大项目（OTKJA46003资助作者简介:袁冬青,1981年生，江苏大学光子制造科学技术中心博士研究生*通讯联系人 e-mail:zrrrlaser126.t20m2020光潜学与光谱分析第28卷谱仪探测并分析辐射光谱就能得到材料中元素的种类（通过辐射谱的波长确定 和它的浓度（通过辐射波谱峰值的强度确 定。1.2实验装置测量时要使用带门控的探测

7、器来记录激光脉冲延迟一段时间后所产生的激光等离子体的光辐射，这是由于在脉冲与材料作用产生等离子体的初期存在很强的连 续背景辐射，它的形成主要有以下两个方面的原因：一是等离子体内存在自 由电子 在自由态到自由态的跃迁、自由态到束缚态的跃迁所辐射的光谱，产生光子频率连续的光子，在光谱中反应的就 是连续背景辐射；二是样品表面大气被击穿产生等离子 体从而掩盖了特征等离子体信号。由于背景辐射的衰减比特征谱线的衰减速度快，所以在探测时需要一个延迟装置来控制脉冲的激发和开始探测之间的延迟时间，从而在背景信号最弱 而特征信号最强时进行信号采集。由于飞秒脉冲激发的连续辐射相对于纳秒脉冲引起的连续辐射强度小，并且

8、衰减得 快，所以在选取延迟时间时，飞 秒相对短一些。Santagata7使用fs/ns对铜基铝合金进行分析.对于飞秒脉冲选0.2 肚s,而纳秒脉冲选1.2肛s得到理想的结果。450470490510Wavelo ngth/nmFig.2Spectrogram of Cr with differe nt exciati on en ergy340350360Wavele ngth/ru nHg.3Spectrogram of Co with differe nt nu mber of pulses2LIBS技术的影响因素2.1激光特性的影响LIBS技术上使用了很多种激光器，典型的从Uv准分子激光

9、器到红外固态激光 器。不同的激光光源产生的激光材 料耦合特性很大的影响了等离子体的行为，我们 可以根据具 体的情况选择合适的激光器。2.1.1能量和功率密度若形成等离子体，那么激光能量必须超过特定的阈值，对于纳秒激光脉冲为每平 方厘米几个焦耳，而飞秒激光脉冲的能量阈值只要零点几焦耳每平方厘米。Cabalin等。8 一研究了金属中等离子体形成的能量阈值,研究了线性辐射强度 和注入能量的关系，发现材料消融的增 加最初有一个线性比例；随后当使用更高能量 值时,辐射信 号达到一个饱和状态。这是由于样品表面形成的等离子体对激光脉冲的吸收。根据 Wisbrud卯的报道，在激光脉冲能量 为0320rnJ范围

10、里测量了沙子和 土壤样品的信噪比，信噪比随着脉冲能量的提高而增加，但是当脉冲能量超过00 mJ, 信噪比几乎保持常数值。图2为我们对Cr膜通过纳秒脉冲激发在250mJ而测缱 得到当能量小于10mJ时信号强度变化不大，但超过时信号强度会随着能量的提高 而增大。图3所示通过不同个数的脉冲对 Co测量，得随着脉冲 增多.信号强度增 大。2.1.2波长和脉宽Amoruso10评估了使用可见光和紫外光对铝样品消融时等离子体对能量吸收 的效率，发现这和辐射波长有直接的 关系。在532nm时,离子化可以主要归功于电子 一原子的逆 韧致辐射（IB过程。在355am时，最有效的过程是蒸发物中 激发态的直 接光致

11、电离（PI。现在对于fsI。113S的研究成为 焦点1但是飞秒激光与材料的 作用机理还有待研究多数学者认为飞秒脉冲的优点是因为它具有超短脉宽所致，产 生较低的等离子体温度，同时连续辐射的强度较小且衰减得快LI 2|。但 Gunaratne13J把30fs的脉冲扩展为10ps且保持频 宽不变时对探测结果影响不大。 研究得到随着频宽增大激发 阂值减小，认为fs-I。IBS的低阈值、高稳定和高重复性 是因为有大的频宽。2.1.3重复频率重复频率作为激光脉冲本身的一个特性，对iabs结果有一定的影响。一般使 用的范围在11000Hz之间,频率对结果的影响可以简单的叠加，因为等离子体的寿 命很短（“级而

12、激光脉冲之间的间隔相对来说很长（ms级。所以结合单脉冲消融的 深度（这是由激光的能量决定的和频率就可以得到激光的消融深度，但是频率对于线 性辐射的强度是 有影响的,Wisbrun14j在研究土壤样品时得到在重复频率为 1Hz时 信号最强，在研究沙子样品时最佳的重复频率为6 Hz。2.2延迟时间的影响在等离子体形成初期，存在着大量相互之间作剧烈碰撞的电子和激发态离子、 原子。电子和离子之间的强烈的复合 运动,产生很强的连续辐射，掩盖了特征光谱影 响信号的探测。连续辐射只能通过改变激光与材料的作用机制减小或者通过时间延迟控制器来控制脉冲激发等离子体和开始获取信号的时间间隔来减小背景辐射1。2.3实

13、验部件的影响跏枷咖咖瑚。扫一xc%鲫s柏喜弓加m当I二三5第9期光谱学与光谱分析2021等离子体的几何形状和空间辐射强度曲线与激光功率密度和其他些因素有很大的关系，因此实验时需要在槌体上优化实验装置。Eppler”比较了通过球形透镜 和圆柱形透镜聚焦激光脉冲到样品表面对结果的影响，发现使用圆柱形透镜能得到 更精确的结果，这是因为圆柱形透镜的取样面积较 大可以通过取平均的方法来得到 比较合理的结果。众所周知，等离体的辐射方式是各向异性，所以等离子 体羽的扩散是垂直于样品 表面L15|。Ton9173比较了不同的探 测角度对测量结果的影响，表明影响不大。同 时对于是否在探测器前加聚焦镜也敞了比较，

14、结果仅仅强度上有细小的变化。2.4缓冲气体的影响环境气体对等离子体的屏蔽效应影响很大。GrantLI8沿着轴的方向测量了在 不同的环境气体和压力下激光诱导等离子体辐射强度的空问分辨。信噪比随着接近样品表面的距离 而减小。Sx:lorra19研究了在铜样品上通过纳秒激光器在不同 的氛围气下等离子体的产生。氩气产生较高的等离子体温度,高的电子密度，但是较低的消融速率，被探测元素的辐射强度较高。Novotny2叫观察到在氦气下等离子 体寿命较短 而氩气下寿命较长（由于氩气相对于其他气体具有较小的传导性和热容率。这样的特性不仅产生较高的等离子体温度引起较强的辐射，同时减慢了等离子体的冷却从而产生一个较

15、长的辐射周期。Wisbru n发现氲气引起的相对误差较小。在低的环境压力下，消融蒸汽可以自由的扩散，等离子体外 部比内部的温度低， 因为它损失的能量较大。当提高压力达到1mbar时，由于环境气体限制蒸汽从而导致蒸汽能量损 失减小,使能量扩散更均一。Hermanna1研究了改变激光功 率密度 和环境气压时电子密度和温度的时间和空间的变化，观察到等离子体的寿命随着功率密度的升高而变长。2.5单/双脉冲的影响LIBS技术的探测极限差，重复性不高，以及较高的背景噪声这是该技术最大的 缺点。因此研究如何提高探测极限，提高线性辐射的强度以及提高结果的重复性成 为最近的研究热点,其中最有前景的方法是利用双脉

16、冲（Dp-LIBS来消融材料从而 产生等离子体（Dp-double pulse的简写。一些双脉冲是通过一个激光器产生221,也可以使用了 两个激光器口 。两个激 光器对于光路的搭建较容易，而用一个激光器可以保证系统更紧凑，并且不存在两个 脉冲间的排 列问题，保证了实验的可重复性。Pichahchy_223运用双脉冲 分析了 水下金属，单脉冲得到的信号较弱，通过相隔为几十ps的两束脉冲得到温度更高的等 离子体，对于所分析的元素得到更高的探测极限。提出的解释是第二束脉冲在固体 表面形成了泡沫从而产生较强的激发，存在固气界面时允许第二束脉冲和等离子体 产生类似于在气体环境下产生的相互作用。Ongec

17、2钔提出了关于在空气中Dp-LIBS在金属表面作用 的影响因素。认为： 第一个等离子体在体积上产生作用，从而对于第二束脉冲的吸收更均一，它的能量被 分布到较宽的 体积范围内。与上面提到的研究理论相对应的是 ，第一束脉 冲激发的 等离子体被第二束脉冲加热。ScaffidiE25o结合飞秒和纳秒激光利用双脉冲对 Al和Cu进行测量，当单独使用 飞秒脉冲时可以得到较高的探测极限但是辐射强度低，当使用双脉冲激发时不仅提 高了辐射强度（10100倍同时相对误差也减小很多。2.6理论分析方法的误差影响在进行实验后得到的信号需要进行数学方法的处理，去除因为基质效应以及背景信号的影响，从而分析出所探测元 素的

18、种类和浓度。2.6.1波谱比较算法波谱比较算法足能够实时有效区分各种样品的算法，因为波谱受许多因素的影响使得它的绝对强度变化很大，所以一般的波谱需要和标准波谱相比较。为了减小 连续辐射的作用以及背景噪声的影响，使用一个阈值。波谱首先通过rills规一化，然 后通过阈值剔除强度小于阈值的信号。阈值处理过的信号再次通过它们自己新的rrrls值规一化，然后提交给比较运算法则。比较运算法则分为两种类型:（1特殊线性 匹配法，比较一些特殊波长的辐射强度；（2宽频谱比较方 法,比较两个光谱，使用渡谱中能得到的数据。Anzano:26 讨论了使用线性相关法来确定不同塑料材料的LIBS信号。2.6.2自由定标

19、模型Barbinil E27:提出了自由定标模型，认为一旦等离子体形 成了就服从局部热动力 学平衡（LTE。在这个条件下，如果忽略了自吸收效应（认为等离子体是薄光学等离子 体，不考虑等离子体的自吸收效应时，设电子的高能级为k,低能级为i,等离子体中电 离原子的电子从高能级向低能级跃迁辐 射谱线的强度为L:亿。丝韶（1 U 口 k，这里T是等离子体温度，U（D是配分函数,b是玻尔兹曼系数,F是与试验条件相 关的常数。首先通过从未知样 品中测到的线性辐射强度与标准样品对比从而得到 样品的近似浓度:28|。参考样品特性和未知材料类似，对比未知样品的线性强度和参考材料（元素的浓 度已知的强度，等离子体

20、温度分别 为L和L我们从（1式得到垡型:堡!苎巳（二垦!互二！互卫（2 J,（Tr C, U（T 口/U（丁 r”由 （2式我们可以从测到的LIBS线性强度中估算到e,而其他的参数可以在已 知等离子体温度的条件下从原子光谱数据库中查得。为了估算等离子体温度，我们对（1式取对数翻（赤。溃仙（楠。，（3式的左边和右边的E:构成二维玻尔兹曼平面，在同个波谱中同一元素不同 的线性辐射强度成线性关系，斜率为l/kB T 口。如果每个元素的实验和理论数据吻 合，那么利用（2和（3式就可以估算到元素的浓度。GondalF29J利用此法探测污水中 有毒金属的含量。当考虑到等离子体的自吸收效应时，文献30中介绍

21、了对上述方法进行修正的具体步骤。2022光谱学与光谱分析第28卷3LIBS技术的应用及其发展LIBS作为一种有效的元素分析技术以及具有非接触和无需制备样品的特性，从而广泛的应用于有毒材料的探 测:31,环境监测：32,工业过程监控m,宇宙探索啊, 考古研究及艺术品修复蜘i医药检测。3 “牙齿分析37及生物颗 粒探测04等应 用中。最近美国登陆火星计划中使用R-LIBS技术在距目标15m处现场研究火星表面岩石元素组成和含量丄iu3乩利用丝状激光诱导等离子体（FIBS通过望远镜传输 激光探测探测1.9km外的金属样品，显示了该技术的巨 大潜力。国内关于LIES技术应用研究工作开展的还比较少，华中科

22、技大学，北京理工大 学和安徽师范大学等几家单位做了1234789101114E151617181920212223242526272829303333435 一定的基础和应用研究工作。对于LIES技术结合飞秒激光微加工达到实时控制的研究具有重要的科学意义以及很广泛的应用前景。它的成熟应用不仅可以使LIBS探测技术研究 的深入,而且对于飞秒微加工的进一步发展和应用起到巨大的价值。4总结/,本文首先介绍LIBS技术的发展历史及探测原理，详细分析了影响探测结果的 因素，包括激光的特征(波长,能量,脉宽以及频率，延迟时间的影响，实验装置对探测极 限的影响,缓冲气体影响了辐射的强度，对于利用双脉冲进行探

23、 测也做了介绍，阐述 了不同的理论分析方法。最后对 LIBS技术的应用及发展做简要的介绍。参考文献Brech F,Cross L Appl.Spectrosc.,1962,16:59.Runge E F,Bonfiglio S,Bryan F IL Spectrochemical Acta,1964,20:733.Rasberry S D,Scrib ner B F,MargoshesM Laser Probe Excitatio n.Nat.Bur.Sta nd(U &Tech.Note 272,Sea 2E.,1965.21.Sn etsi nger Kenn eth G,Klaus Ke

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32、:76.The Theory and the In flue ntial Factors of Laser In duced Breakdow n SpectroscopyYUAN Dong- qi ng,ZHOU Min g,UU Cha ng on g,YAN Fen g,DAI Jua n,RENNaifeiCen ter for Photo Manu-Facturi ng Science and Tech no logyJia ngsuUni versity,Zhenjia ng 212013,Chi naAbstract The laser- in dueed breakdow n

33、spectroscopy(LIBStech nique,due to its lack of pretreatme nt of the material and the speedof an alysis,has show n a great pote ntial for a wide range of in dustrialapplicati on s.The curre nt situati on of applicati on andstudy of LIBS are reviewed.Meanwhile,the laser USed tO explode the Cr and Co f

34、ilm hada pulse durati onof 10n s,the highestsin gle pulse en ergy was 50mJ at a repetiti on rate of 20 Hz and a wavele ngth of1064nrnM men the excitation energy was less than 10nU,there was little difference in spectral signal excited by different energy for Cr film.Otherwise,the signal showed obvio

35、us cha nge whe n excitatio n en ergy was higher tha n 10nnJ .Theprin ciple,characters,history and rece nt trend of LIES were in troduced systematically.The factors in flue ncing LIBS peHorma nces,i nclud ing the characteristic of laser,delay time,experi ment sett in g,the kind and the pressure of su

36、rro undin g.Gas,s in gle or dual pulse,a nd the an alysis method were an alyzed.Keywords LIBS;Plasma;Femtoseco nd;Na no seco nd;l nflue ntial factor*Corresp onding author(Received Oct.28,2007;accepted Jan.28,2008激光感生击穿光谱技术（LIBS的原理及影响因素 作者：作者单位：刊名：英 文刊名：年，卷（期：引用次数：袁冬青，周明，刘长隆，言峰，戴娟，任乃 飞，YUAN Dong-qing

37、 , ZHOU Ming , LIU Chang-long, YAN Feng, DAI Juan, REN Nai-fei江苏大学光子制造科学技术中心，江苏，镇江,212013光谱学与光谱分析 SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 2008 , 28(9 1 次 参考文献(38 条 1.Brech F.Cross L查看详情 1962 2.Runge E F.Bonfiglio S.Bryan F R 查看详情 1964 3.Rasberry S D.Scribner B F.Margoshes M Laser Probe ExcitationTech.Not

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43、7.Samek O.Liska M.Kaiser J查 看详情2000 38.Liu W.Xu H L.Mejean G查看详情2007(1相似文献(9条1.学位论文王智宏 激光诱导击穿光谱（LIBS ）技术在矿物元素成份分析中的应用研究2006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，这一过程叫做激光诱导击穿光谱（Laserl nduced Breakdow nSpectroscopy简称LIBS。由于LIBS测量方法所具有的优点，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

44、LIBS测量方法逐渐成为化学分析的一种重要方法。影 响LIBS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。本论文对LIBS的近年来的研究情况做了较为详细的概述，对LIBS的基本原理和特点进行了简单的阐述。设计和搭建了 LIBS实验研究的平台；探索了 将LIBS用于样品分析时的 最佳实验条件。研究了激光入射角度、靶点、激光脉冲能量和延时对于LJBS信号强度的影响。初步确定了样品中元素激发念原子发射谱线的元素归属。对煤矿石样品和铜矿石样品做了具体的检测，并证实了LIBS是一种有效可行的用于煤杂质检测和地质化探检测的方法；

45、确定了部分元素的最佳检测谱线。在此基础之上，探索了内标定法进行元素定量分析。2期刊论文谢承利.陆继东.李勇.林兆祥.XieChengli.Lu Jidong.Li Yong.Lin Zhaoxiang用LIBS方法测量铝合 金中的合金元素-华 中科技大学学报（自然科学版）2008,36（10将高能激光脉冲聚焦在合金样品表面形 成样品的高温等离子体，用光栅光谱仪与增强型电感耦合装置（ICCD分析等离子体 的发射谱线来测定合金中的 元素种类与浓度.实验以系列标准铝合金的光谱来标定 Fe,Si,Cu的定量分析标准曲线，分析了铝合金中主要元素的测量精度与探测限.研究 表明该方法在 合金元素质量分数大于

46、0.01%时，测量相对误差在5%之内;在合金元 素质量分数低于0.01%时，测量绝对误差在0.001%之内对3种合金元素的检出限可 达6 X0-510X10-5左右,且采用基体元素作为内标可进一步提高分析精度.3.期刊 论文 冯晓霞.张雷尹王保.贾锁堂.FENG Xiaoxia.ZHANG Lei.YIN Wangbao.JIASuotang激光诱导击穿光谱测量土壤重金属污染研究-测试技术学报2009,23（3针对 传统的土壤重金属污染检测方法的不足，本文基于激光诱导击穿光谱LIBS（Laser- induced Breakdown Spectroscopy技术对土壤重金属污染 物的检测进行了

47、研究.利用 Nd:YAG激光器在脉冲重复频率为5 Hz,脉冲宽度为8 ns,单脉冲能量为80 mJ的实验条件下,使用美国ACTON公司的AM-566单色仪和美国Stanford Research Systems公司的SR250 Boxcar对9个自采样土壤样品光谱进行了测量分析；对实验 装置的标定方法进行了 探索研究,并以镉元素为例给出了浓度反演曲线，其相对误 差为7%. 4期刊论文丁慧林.高立新.郑海洋.王颖萍黄腾丁蕾.张为俊力黎.DING Hui-li n.GAO Li-xi n.ZHENG Hai-ya ng. WANG Yin g-pi ng.HUANG Ten g.DING Lei.

48、ZHANG Wei-ju n.FANG Li空气及水汽的激光诱导击穿光谱特性实验研究光谱学与光谱分析2010,30（1以大气颗粒物测量为目标，实验研究了作为背景的空气分子 的激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectrometry,LIBS以 NIST 原子发射 谱线数据库为参考，对其中的O,N,H等主要元素的特征谱线进行了标识.研究了 CCD光谱仪实验参数对空气等离子体发射谱线的影响，得出积分延时大于7卩孙寸可 以较好地减小空气分子所产生的干扰谱线.积分时间宽度大于仪器最小值（1.1 ms时 对谱线信号强度影响较小等结论.还研究了水汽的激光诱导击穿光 谱,分

49、析了 O,N,H 等元素的发射谱线信号强度的变化，发现H的发射谱线信号强度与水汽含量之间具 有很好的线性关系.这些结果对于在大气环境条件下，对大气颗粒物的识别具有重要 的指导意义.5期刊论文 张大成.马新文.朱小龙.李斌.祖凯玲.ZHANG Da-cheng.MA Xi n-we n. ZHU Xiao-lo ng.LI Bi n.ZU Kaili ng 用激光诱导击穿光谱技术比较土豆和百 合中的微量元素-光谱学与光谱分析2009,29（5激光诱导击穿光谱（LIBS已成功地运 用于固体、液体、气体样品中微量元素的测量以及微生物、细菌等的鉴别分析上，而在植物样品上面的应用则是 一个较新的课题.该

50、实验用纳秒Nd:YAG激光器击穿 真空冻干的土豆、百合样品，用光纤光谱仪测量了其LIBS光谱.通过鉴别、分析LIBS光谱,得到了这两种 样品中微量元素的成分.并且对土豆干和百合干中 Ca,Na,K,Fe,AI,Mg六种金属元素典型谱线的强度进行了统计分析，并由此得到了样 品中这六种微量元素 含量的对比情况.实验结果表明土豆干中的Ca和Na等含量都 明显高于百合干，而百合干中Mg的含量较高.实验结果还表明用LIBS技术检测、对 比冻干植物样品中微量元素含量是一种快速、有效的分析方法.6.学位论文陆运章用于矿石成分分析的激光诱导击穿光谱定量化测量技术研究2009矿石中各金属和非金属元素含量是反映矿

51、石可利用率大小的重要指标。准确测量元素含量将有利于 对矿石进行分类和提高地质化探检测的效率。在众多的勘探技术中，高光谱遥感方法将遥感影像和光谱相结合，用于探测地球表层的地质，这种方法只能从整体上 感知某一区域的地物所特有的物理性 状。为了获得更准确的信息，需要采用其它 定量分析手段对地表或者地底矿石进行检测。常用的定量分析方法有滴定法、光度 法、X射线荧光光谱分析法等等，这些方法都存在分析复杂、费时、不能进行在 线和多元素测量等问题。故本文提出以激光诱导击穿光谱（LIBS ）技术应用于矿石的定量测量和分 类。本文首先综述了 LIBS技术的由来、理论和应用研究现 状；介绍了 LIBS的基本原理和

52、特点，并对LIBS定量分析的方法进行了阐述；介 绍了进行LIBS研究的实验装置和实验样品，研究分析了矿石样品的分类；优化了 对矿石样品光谱性质的实验参数，为矿石定量化研究提供了实验优化依据。接下来选用4种标准矿石样品，以外标法和内标法进行了定量分析，建立了分析元素的 定标曲线，对其它标准矿石进行了含量测量。通过两种方法的测量结果与实际结果的比较证实了 LIBS用于矿石元素含量快速测量的可行性。提出了两种分析方法 相结合会有利减小测量误差，为地质化探检测研究提供了一定实验依据。最后总结了本文的主要研究内容，指出利用LIBS技术进行矿石定量测量的不足之处，并对下一步的研究提出了建议。7.期刊论文吴

53、金泉.林兆祥.刘林美.常亮.Wu Jinquan.Lin Zhaoxiang丄iu Linmei.Chang Liang 藏药七十味 珍珠丸的激光诱导击穿光谱检测-中南民族大学学报（自然科学版）2009,25（2采 用激光诱导击穿光谱（LIBS技术对藏药七十味珍珠丸进行了定性研究利用高能量 Nd:YAG脉冲激光器1 064 nm光束聚焦待测样品表面产生等离子体，并用光谱仪和 ICCD来探测其光谱信号通过采集的光谱图分析得到该藏药中含有Mg、Ca、Na、Fe、Al、Si、K、Li、Hg、Pb、Au等10种元素,其中Hg、Pb、Au为重金属元素. 另外还对不同价态的Pb元素进行了 LIBS的时间演

54、化研究，结果表明：应用LIBS技 术可以探测藏药所含元素的价态.8期刊论文 林兆祥.常亮.李捷.刘林美丄IN Zhaoxia ng.CHANG Liang.LI Jie.LIU Lin-mei应用激光诱导击穿光 谱检测污水溶液中的 砷-光谱学与光谱分析2009,29（6工业冶炼过程中产生的废水中含有 As等重金属元 素，对环境造成污染并对人类身体健康形成危害，有必要对其进行实时、在线的监测. 激光诱导击穿光谱（LIBS是一种新型的元素测量技术，具有快速检测等优点.文章作 者搭建了一套激光诱导击穿光谱实验装置，采用Nd:YAG激光器产生的脉冲激光击穿样品产生等离子体，其发射的光谱被中阶梯光栅光谱仪分光，并用ICCD进行光电 探测.对从现场采集的含砷工业废水开展了LIBS探测实验，并定性分析出了 As元素的特征谱线根据一系列含As浓度不同的污水样品的LIBS实验结果,获得元素浓度 与谱线强度的关系曲线（定标曲线采用定标曲线可以对未知含As浓度的工业废水 进行定量分析.结果表明，采用LIBS方法能够实现对污水溶液中的 As元素的快速检 测,具有广泛的应用前景 9.学位论文戴琳金属Al靶和AICI水溶液的激光诱导 击穿光谱特性