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LIBS元素含量测定

宣布时候:2018-08-02 08:19:48

LIBS的任务道理 
激光弧光光谱(LASS)、激光引诱等离子光谱(LIPS)或更罕见的叫法激光引诱击穿光谱(LIBS)是一种原子发射光谱,它操纵脉冲激光器作为激起源。它的根基道理请参见上面的表示图。脉冲激光器 ( 比方调Q的Nd:YAG激光器 ) 的输入激光脉冲被聚焦到被测物体的外表。仅操纵小型激光器和简略的聚焦透镜,便能够或许在激光脉冲的延续时候内(典范值是10ns)使被测资料外表的激光功率密度跨越1GW/cm2

 

在如斯之高的激光功率密度感化下,被测资料外表就会有几微克的物资被喷射出来,这个进程凡是被称为激光剥离,同时资料外表还会发生寿命很短但亮度很高的等离子体,其刹时温度可达10,000。在这个热等离子体中,喷射出来的物资离解成激起态的原子和离子。在激光脉冲竣事后,因为等离子体以超音速向外扩大以是敏捷地冷却上去。在这段时候内,处于激起态的原子和离子从高能态跃迁到低能态,并发射出具备特定波长的光辐射。用高活络度的光谱仪对这些光辐射停止探测和光谱阐发阐发,便能够或许获得被测资料的元素组成信息。

在丈量时要操纵带门控的探测器来记实激光脉冲提早一段时候后所发生的激光等离子体的光辐射,这是因为只要在等离子体已收缩并起头冷却时才会呈现原子或离子的特色辐射谱线。上面的光谱图中展现了在差别的探测器采样时候提早下获得的锝的特色辐射谱线。

 

对资料的无损检测

因为丈量进程中只耗损极细小的一局部物资,LIBS能够或许说长短粉碎丈量。因为入射到样品上的均匀功率还不到1W,激光对样品的加热也根基能够或许疏忽不计。实际上讲,LIBS能够或许实现对任何物资的元素阐发,不管它是甚么物理状况。固体、液体、气体乃至夹杂状况的,都能够或许阐发。已胜利的阐发过的样品包含了软泥、泥浆、矿石、废物、污水等等。

 

长途阐发能力


因为LIBS手艺本色上是一个全光学的手艺,只要用光打仗被测样品便可实现阐发。以是LIBS手艺能够或许用来停止长途阐发。凡是能够或许操纵一个千里镜体系在10米远处停止阐发,或操纵光纤探头在100米外停止阐发。这个特色使得LIBS手艺出格合适对风险或低温资料停止阐发,或在很是卑劣的情况中操纵。

无需样品预处置


LIBS手艺能够或许间接对资料停止阐发,而不须要对资料做任何预处置。 但若是样品外表涂覆有其余物资(比方氧化的或涂层的钢材)时,则要用激光先把样品外表的涂层清算清洁,把上面的被测资料裸露出来,能力对样品做阐发。激光断根进程的效力取决于所要断根的资料品种和所激光能量。凡是对几百微米厚的氧化物、油污或涂层,操纵一个玲珑的低功率激光器便能够或许很快断根清洁。另外,激光等离子体发生的超声震波对去除半流体或粘滞性污物有很是好的成果。比方,操纵 LIBS手艺能够或许阐发外表裹有几厘米厚的氢氧化镁矿泥的金属。

定量阐发微量元素 
对LIBS体系停止定标后便能够或许对基体资料中的微量元素停止定量阐发,比方阐发钢材中的铬、铝合金中的镁、玻璃中的铁、硫酸铜中的铜等。定标时要操纵颠末判定的样品资料,这个样品资料与被测资料具备不异的基体,但含有差别含量的被阐发元素。在阐发时凡是接纳所谓的“外部规范化”的进程,即把被阐发元素的谱线强度和基体资料的谱线强度停止比拟,如许便能够或许削减因为激光的脉冲能量不分歧性所致使的等离子体前提变更对丈量成果的影响。要想获得好的阐发成果就要对LIBS的硬件停止细心的设想并接纳合适的丈量体例。LIBS体系丈量的活络度与很多身分有关:被阐发物和基体资料的连系体例, LIBS体系和被测样品的间隔,和是不是须要遥测等。LIBS体系丈量成果的精确性可优于10% ,精度可优于5%。差别元素的典范检测限请参阅上面的元素周期表。

  LIBS的丈量精确性和精度别离优于10%和5%。 

丈量速率快、非打仗丈量


在很多情况下,只用一个激光脉冲便能够或许停止样品阐发,以是LIBS体系能够或许很是疾速地对大批样品停止疾速阐发。再加上能够或许非打仗丈量的特色,使得LIBS体系在废金属、合金和塑料收受接管产业中就显得很是主要,此时大批的被测样品在传递带上飞速挪动,须要体系的丈量速率要很是快,LIBS手艺就很是合适在这个范畴操纵了。

分层布局和外表涂层的深度外表阐发 
因为激光能够或许以一种可控的体例来断根外表涂层,是以分层布局的深度外表阐发能够或许用LIBS手艺来停止。 在激光不时“钻入”到被测资料中的同时用光谱仪对其发生的光辐射停止光谱丈量,便能够或许获得被测资料的组成成份元素随深度变更的函数。凡是这一手艺只能用于那些在典范LIBS体系中激光器的参数下比拟轻易去除的资料。比方在钢材上锌镀的进程节制中的成份阐发,探测油漆中的重金属(铅、铀、钚等),检测混凝土的成份净化等。

 

操纵 
● 资料的长途无损阐发,定性和辨认 
● 风险资料 ( 低温、喷射性、化学毒性资料 ) 的长途探测和元素阐发 
● 存储容器的喷射性净化的现场检测 ( 玻璃化的高品级废物、中间级废物 ) 
● 不易靠近情况中钢材的现场成份阐发 ( 核反映堆压力容器等 ) 
● 废物收受接管进程中疾速辨别金属和合金 
● 关头部件在制作和拆卸进程中的相对金属判定( Positive Metal Identification ) 
● 对液态金属和合金停止进程节制时的在线成份阐发 ( 如钢中的碳、硅、磷等含量的测定 ) 
● 对液态玻璃停止进程节制时的在线成份阐发 ( 如铁、铅等含量的测定 ) 
● 对覆没在水中的资料停止现场辨认 ( 如金属、合金、陶瓷、矿物资、喷射性资料等 ) 
● 对物体外表涂层的深度外表阐发和成份阐发 ( 如电镀钢、塑料膜层、油漆中的重金属等 ) 
● 氛围中微粒的在线监测 ( 如烟囱排放监测 ) 
● 庞杂外形物体的成份阐发