激光诱导击穿光谱

更新时间:2023-05-23 09:57

激光诱导击穿光谱(英语:Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS) 技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高,可以将任何物态(固态、液态、气态)的样品激发形成等离子体,LIBS技术(原则上)可以分析任何物态的样品,仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。。再者,几乎所有的元素被激发形成等离子体后都会发出特征谱线,因此,LIBS可以分析大多数的元素。如果要分析的材料的成分是已知的,LIBS可用于评估每个构成元素的相对丰度,或监测杂质的存在。在实践中,检测极限是:a)等离子体激发温度的函数,b)光收集窗口,以及c)所观查的过渡谱线的强度。LIBS利用光学发射光谱,并且是该程度非常类似于电弧/火花发射光谱。

简介

激光诱导击穿光谱(英语:Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS) 技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高,可以将任何物态(固态、液态、气态)的样品激发形成等离子体,LIBS技术(原则上)可以分析任何物态的样品,仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。再者,几乎所有的元素被激发形成等离子体后都会发出特征谱线,因此,LIBS可以分析大多数的元素。如果要分析的材料的成分是已知的,LIBS可用于评估每个构成元素的相对丰度,或监测杂质的存在。在实践中,检测极限是:a)等离子体激发温度的函数,b)光收集窗口,以及c)所观查的过渡谱线的强度。LIBS利用光学发射光谱,并且是该程度非常类似于电弧/火花发射光谱。

LIBS在技术上是非常相似的一些其它基于激光的分析技术,共享许多相同的硬件。这些技术是拉曼光谱学的振动光谱技术,激光诱导荧光(LIF)的荧光光谱技术。实际上,现在设备已经被制造成在单个仪器中结合这些技术,允许样品原子的,分子的和结构的特征研究,以给予物理性质的一个更深入的了解。

硬件构成

1064nm Nd:YAG脉冲激光器,脉宽约为10ns,经聚焦后能量密度达到1GW/cm。

光谱仪包括分光部分和光电转换模块。

拉曼光谱学

拉曼光谱学是用来研究晶格分子振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的一种分光技术。拉曼散射为一非弹性散射,通常用来做激发的激光范围为可见光近红外光或者在近紫外光范围附近。激光与系统声子做相互作用,导致最后光子能量增加或减少,而由这些能量的变化可得知声子模式。这和红外光吸收光谱的基本原理相似,但两者所得到的数据结果是互补的。

通常,一个样品被一束激光照射,照射光点被透镜所聚焦且通过分光仪分光。波长靠近激光的波长时为弹性瑞利散射

自发性的拉曼散射是非常微弱的,并且很难去分开强度相对于拉曼散射高的瑞利散射,使得得到的结果是光谱微弱,导致测定困难。历史上,拉曼分光仪利用多个光栅去达到高度的分光,去除激光,而可得到能量的微小差异。过去,光电倍增管被选择为拉曼散射讯号的侦测计,其需要很久的时间才能得到结果。而现今的技术,带阻滤波器(notch filters) 可有效地去除激光且光谱仪傅里叶变换光谱仪和电荷耦合元件(CCD) 侦测计的进步,在科学研究中,利用拉曼光谱研究材料特性越来越广泛。

有很多种的拉曼光谱分析,例如表面增强拉曼效应、针尖增强拉曼效应、偏极拉曼光谱等。

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