摘要
激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）是一种等离子体光谱技术，具有快速分析和多元素同时在线分析等诸多优点。近年来应用领域不断得以拓展并获得了快速的发展。其中，再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术（Double-pulse Laser-induced Breakdown Spectroscopy，DP-LIBS）是一种极具潜力的微烧蚀高灵敏元素分析技术。为了解决再加热正交DP-LIBS技术中第二路再加热激光能量利用率低、等离子体粒子密度低和信号增强效果不理想的问题，本论文建立了靶增强正交DP-LIBS光谱分析技术并研究了其信号增强机理。 论文首先搭建了固体铝靶增强正交DP-LIBS系统，以铋黄铜为样品，研究了不同再加热激光延时对原子辐射的影响并确定了最佳延迟时间；对比观测并研究了单脉冲LIBS、正交DP-LIBS和金属铝靶增强后产生的等离子体的光学辐射的时域演化特性。在优化的实验条件下，利用光纤光谱仪采集光谱信号，对比分析了黄铜标样中不同元素分析线的信号强度在靶增强条件下的信号增强因子，靶增强技术可以在传统的正交DP-LIBS的基础上，使样品元素的信号强度继续改善6-10倍。 为了更好的了解靶增强正交DP-LIBS中光谱信号增强的物理机制，本论文通过选择Cu I的多条谱线并利用Boltzmann平面法对等离子体温度变化进行了分析。采用靶增强后，相较于正交DP-LIBS条件下，计算出的等离子体温度提高了2878K。论文还通过原子发射谱线的Stark展宽对正交DP-LIBS和靶增强正交DP-LIBS条件下等离子体平均电子密度的差异进行了分析讨论，并评估了这两种技术对元素含量检出限的改善情况。为了进一步探讨靶增强正交DP-LIBS技术中等离子体电子密度的情况，论文还以碳酸氢钾(KHCO3)作为样品，采用金作为靶材，利用Hβ线的Stark展宽对金靶增强的正交DP-LIBS中等离子体电子密度进行了分析。 论文研究表明在优化的实验条件下,固体靶的加入提高了再加热激光能量的利用率，靶增强技术可以在传统再加热正交DP-LIBS的基础上，使样品元素的信号强度继续显著增强。信号增强主要来自等离子体温度的升高、粒子密度提高和碰撞机制。该技术能显著增强正交DP-LIBS的信号强度,有利于减少样品的损耗，在微烧蚀的前提下开展高灵敏的元素分析，有助于进一步扩展LIBS技术在艺术、考古、材料科学和生物医学等领域的元素分析应用。
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