LIBS理解

在激光脉冲作用后，等离子体迅速向周围扩散并冷却，这段时间内，处于激发态的离子和原子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的特征辐射。然而，由于激光诱导等离子体的韧致辐射，等离子体形成的初始阶段将产生很强的连续背景噪声，产生的原因如图1.3所示，原子的离化限以上的区域为能量连续区，接近离化限的下方有一准连续区，这是由高密度的电子、离子电场导致原子与离子能级的展宽，致使能级间非常密集。等离子体温度越高，电离程度越大，准连续区就越宽。在准连续区与基态之间又存在若干分立能级，因此会产生如图所示的四种不同形式的跃迁过程。其中，在连续区之间或连续区与分立能级之间的跃迁是形成连续背景光的根源，而分立能级之间跃迁发出的具有特定波长的特征辐射是光谱分析的基础(1)韧致辐射:发生在离化限以上的连续区，也是自由电子区。在区域内高温下的自由电子具有很高的动能，当运动中的电子在发生碰撞导致动能降低时，就会产生辐射，称为韧致辐射，其重要特征是具有连续谱。由于产生连续跃迁的范围很大，连续谱的频谱范围很宽，覆盖了从红外到紫外的所有波段，在各波段分布的连续光谱强度差异不大。然而，连续背景光的强度与很多因素有关，尤其与缓冲气的压力以及等离子体的温度密切相关。(2)连续一准连续跃迁:由于自由区内的辐射波长可以连续变化，所以这种形式的跃迁产生连续谱;(3)连续一束缚态跃迁:(4)束缚一束缚态跃迁:与连续一准连续跃迁类似，产生连续谱;与常态下原子跃迁相同，发射出可以分辨的原子谱线(分立谱)，且存在可以忽略的强度较低的背景光。这种分立谱辐射的基本概念是通过Bohr模型来解释的［f221。根据该模型，一个原子具有两种电子能态，即基态(m)和激发态((n),能量分别为E-,和En。处于激发态的原子将随机跃迁至基态，同时以光子的形式释放出量能级之间的能量差，著名的中心线辐射波长可以通过如下 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 给出:EN-E/h"久曲其中h是Planck常量,凡。为辐射波长。此外，在等离子体波谱中，离子和电子与辐射元素之间的作用呈现两大特点:(1)随着背景光强度的快速衰减，各种离子与原子的分立谱线强度先是快速增长，到达峰值后逐渐下降;(2)离子线先达到最大值，其下降速度也比较快，原子线的增长与下降速度则比较缓慢。(1＞多元素同时测定:周期 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 上儿乎所有元素都可分析，从H,He等轻元素至超铀元素，具体如图1.5所示。其中蓝色元素大部分为金属，LIBS技术的检测限在1-30ppm之间;桔红色部分的元素检测限为30-100ppm;而绿色部分的元素为非金属或惰性气体，其检测限大于100ppm。从其中可以看出，金属的检测限最低，因此可以说LIBS非常适合金属元素的探测。1996年，Gucci等人通过比较Nd:YAG基模输出条件下所产生等离子体发射光的时间分辨和准分子激光器紫外激光所产生等离子体的时间分辨(都照射相同的样品)[38]，结果发现，在紫外激光激发的粒子中，最初的发射是以背景发射为主，到400ns以后原子跃迁所导致的线发射开始出现。而由近红外激光(NIR)激发所产生的发射能持续相对较长的时间，可达几个微妙。两种激光所产生等离子体的时间范围明显不同，紫外激光激发衰减更快。同年，J.P.Singh等人以Sn和As的氢化合物为研究对象，比较了在He和N:气作为背景气体时，两种气体气压对LIBS光谱信号的影响[[39]0他们发现等离子体光谱信号在气体气压为760torn时明显比300torr时强;而当充入的背景气体为NZ气时，背景光谱比充入背景气体He气时明显;充入He气体还有助于提高光谱信号的信噪比，也有利于激光诱导击穿现象的产生;当充入的气体是He气时，Sn元素的最小检出限只有充入N:气体时的四分之一。1997年，Amoruso等人研究了铝样品产生的等离子体对可见激光波长和紫外激光波长的吸收[[42j指出等离子体光吸收大体有两种机制:一是逆韧致辐射光吸收，即自由电子吸收光子获得很大动能，通过与激发态和基态原子的碰撞来促进原子激发形成等离子体;二是基态和激发态原子的多光子电离。(3)Stark展宽[[38]在高温等离子体中，谱线的碰撞展宽效应主要是带电粒子间的碰撞引起的，它实际上是属于Stark效应，即电场对谱线的影响。这种Stark展宽的理论，开始从两种不同的观点出发进行讨论的，从而形成了两种近似理论，即碰撞理论和准静态理论。碰撞理论是假设辐射体在碰撞的大多数时间内是完全不受任何扰动的，只是在碰撞的瞬时与一个碰撞粒子发生相互作用。而准静态理论则认为辐射体在发出辐射期间都在不断地受到许多其它带电粒子的干扰，而且假设这些干扰粒子的运动是很缓慢的，从而可以认为它们所产生的干扰激光束微粒等离子体光谱样品样品样品图1.3激光诱导在穿光谱技术过程示意图样品用中阶梯光栅作为色散元件的光谱仪。采用中阶梯光栅-棱镜交叉色散装置，分离中阶梯光栅产生不同级次的光谱重叠。所摄光谱具有二维光谱性质；对所有波长都是闪耀的；集光本领优于一般光栅光谱仪。和离子的逸散受徼原于和定态假设：电子在不同的轨道上运动吋，原子处于不同的状态，因而具有不同的能量，即原了的能量是一量/化的.这些不同的状态叫定态.在各个定态中，原子是一稳定的,不向外辐射能量.跃迁假设:原子从一个能量状态向另一个能量状态跃迁吋要吸收或放出一定频率的光了，该光子的能量等于两个状态的能量弄，即hv^Etn—Et1.氢原子的能级、能级公式氢原子的能级和轨道半径氢原子的能级公式：&=协1@=1,2,3,…)，其中艮为基态能量兔=—13.6eV-氢原子的半径公式：心=/?心3=1，2,3,…)，其中n为基态半径、又称玻尔半径n-0.53X101,1m.氢原子的能级图，如图15-2-2.三、原子光谱r定义：稀薄气体放申所发出的光谱是不连续的，它只发出儿种确定频率的光，因此光谱线是分离的,这种分立的线状谱叫原子光谱.形成的原因：不同原子的结构不同，能级不同，因此在辐射光子时，光了的频率不同.光谱分析：每种元素光谱中的谱线分布都与其他元素不同，因此我们可以通过对光谱的分析知道发光的是什么元素，利用光谱分析可以确定样品中的元素组成.＞对氢原子跃迁的理解原子从低能级向高能级跃迁：吸收…定能量的光子，当•个光子的能量满足末_E初吋，才能被某•个原子吸收，使原子从低能级E初向高能级E末跃迁，而当光了能量大于或小于左末—E初吋都不能被原了吸收.原子从高能级向低能级跃迁，以光子的形式向外辐射能量，所辐射的光子能量恰等于发生跃迁吋的两能级间的能量差.3”当光子能量大于或等于13.6eV吋，也可以被氢原子吸收，使氢原子电离；当氢原子吸收的光子能量大于13.6eV,氢原子电离后，电子具有…定的初动能.•群氢原子处于量子数为//的激发态吋，可能辐射出的光谱线条数为N二也严配分 函 关于工期滞后的函关于工程严重滞后的函关于工程进度滞后的回复函关于征求同志党风廉政意见的函关于征求廉洁自律情况的复函 数同统计分布密切相关的、反映系统热力学性质的特征函数。对正则分布，系统具有确定的粒子数N、温度T和体积V。于是，系统处隔二丄込.苗隅y©亡你在能级Ei上的几率是，其中Z就是配分函数。它等于2,卄丄式中Qi表示能级Ei上的简并度；，k是玻耳兹曼常数。或者，系统处在量子态s上的几率是则配分函数是在脉冲激光器中，为了克服自由振荡情况下由于尖峰振荡效应所造成的激光输出峰值功率低，时间特性差的缺点，常采用所谓的“调Q”技术（即Q开关技术）以获得短而强的激光巨脉冲输出。原子都有能级，当激发光的能量小于离化线时，原子吸收能量从低能级跃迁到高能级。原子从高能级降到低能级时会辐射出光子，由于各种元素的原子结构不同，所以能级不同，在辐射光子时根据公式hv=E-E所以光子的频率不同对应的波长也不同，从而可以达到定性分析。KJ当激发光能量超过了原子的离化线，就能使原子电离产生电子，成为等离子态。原子吸收的多余能量将转化为电子的动能形式。这就是产生了韧致辐射的原因:（发生在离化限以上的连续区，也是自由电子区。在区域内高温下的自由电子具有很高的动能，当运动中的电子在发生碰撞导致动能降低时，就会产生辐射，称为韧致辐射，其重要特征是具有连续谱。由于产生连续跃迁的范围很大，连续谱的频谱范围很宽，覆盖了从红外到紫外的所有波段，在各波段分布的连续光谱强度差异不大。然而，连续背景光的强度与很多因素有关，尤其与缓冲气的压力以及等离子体的温度密切相关。）所以为了对原子定性分析，需要适当的延时（1.5us左右），以除去连续背景光谱的干扰。圏1.3等离子体中一些可能的跃迁能级图准连裟区分H航级皐态面我做了一个简单的估算氢原子的能级图为：n85432E/eV■0计一CL54-U-0,85II--一1.51——3.40—-13*6当激发能量大于13］曾电子伏时原子将发生电离。用电势能公式计算:E=eU,e=1.6*10：19(C),U=1(V),所以E=f.6*10=19(J)=leV。所以13.6eV大概等于2*10=18(J)，又由于氢原子的直径大概为O.lnm，而光斑直径在100um级。所以可以大致算出如果激光脉冲能量为200mj，那么每个氢原子上的能量大概为2*10=10(J)(没有考虑原子直接的间隔)。总之这个能量是远远大于原子的电离能量的。为什么对脉冲宽度有限制,我想是因为如果脉冲宽度太大,那么就算脉冲能量达到 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ,但是在时间上会影响到辐射过程,比如说等离子体的寿命本来就是us级的,如果脉冲宽度超过了等离子体的寿命,那么对信号强度必然有很大的影响,在对光谱的采集延时上也很难控制。这也说明了为什么脉冲宽度都选用ns级的，而不能是us级的激光源。当然飞秒激光器效果更好。LIBS一般使用调Q激光器(在脉冲激光器中,为了克服自由振荡情况下由于尖峰振荡效应所造成的激光输出峰值功率低，时间特性差的缺点，常采用所谓的“调Q”技术(即Q开关技术)以获得短而强的激光巨脉冲输出)调Q巨脉冲的持续时间一般仅为几十毫微秒，峰值功率可达兆瓦以上。当采用的激光器脉宽较大时(如微米量级)，激光聚焦后的功率密度较小，此时所产生的等离子体的各成分含量可能与样品含量不同，因而给检测带来很大的偏差。YAG激光器与CO2激光器区别。增益介质不同，一个是YAG，一个是C02。泵浦源不同，一个是光泵浦，一个是电泵浦。谐振腔不同，一个是石英镜全反半反，一个是铜全反和别的介质材料半反镜。一般气体激光器体积会很大，而固体激光器可以做到比较小。气体激光器要求的激励电压高和电流大。至于为什么不用CO2激光器去做libs实验，上次去四川大学向别人请教这个问题，回答很简单的说事YAG激光器输出的光的质量更好一些。二O