時(shí)間分辨動(dòng)態(tài)LIBS測(cè)量方法

張振榮, 方波浪, 李國(guó)華, 葉景峰, 王 晟

西北核技術(shù)研究所, 激光與物質(zhì)相互作用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710024

引 言

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)是一種十分有效的物質(zhì)成分檢測(cè)手段[1-3], 在巖土、 合金等材料的成分定量分析[4], 生物醫(yī)學(xué)[5-6], 以及戰(zhàn)場(chǎng)危險(xiǎn)物探測(cè)[7]等諸多領(lǐng)域均發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。 LIBS是利用高功率激光電離微量的待測(cè)樣品產(chǎn)生等離子體輻射, 并通過(guò)等離子體輻射的光譜特征反演待測(cè)物質(zhì)的成分和濃度。 擊穿光譜的基本特征為首先出現(xiàn)連續(xù)譜, 隨后連續(xù)譜迅速衰減, 其他特征譜線隨時(shí)間演化[8]。 整個(gè)過(guò)程中包含了復(fù)雜的流體力學(xué)和熱化學(xué)過(guò)程, 持續(xù)時(shí)間短, 演化頻率高, 各種譜的壽命不一[9], 提高測(cè)量的時(shí)間分辨能力是實(shí)現(xiàn)LIBS精確測(cè)量的關(guān)鍵。 進(jìn)一步考慮到擊穿光譜中特征譜的時(shí)間演化規(guī)律各不相同, 所以, 更有效的方式是測(cè)量動(dòng)態(tài)演化的LIBS光譜。

基于對(duì)LIBS信號(hào)特征的認(rèn)識(shí)和測(cè)量條件的限制, 常用的時(shí)間分辨的LIBS測(cè)量方法是采用具有門控功能的光譜儀測(cè)量特定時(shí)刻的光譜信號(hào), 并通過(guò)調(diào)整探測(cè)時(shí)刻與信號(hào)產(chǎn)生時(shí)刻之間的延時(shí), 獲得整個(gè)輻射過(guò)程中的光譜信號(hào)[10]。 此外, 采用非增強(qiáng)型光譜儀結(jié)合光譜差分方法也可實(shí)現(xiàn)時(shí)間分辨為微秒級(jí)時(shí)間分辨光譜的測(cè)量[11]。 但是這些方法均存在測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、 效率低等不足。 特別是, 對(duì)于部分實(shí)驗(yàn)費(fèi)用高、 運(yùn)行頻率低以及重復(fù)性較差的LIBS實(shí)驗(yàn), 采用上述測(cè)量方法往往難以獲得理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。……