远程激光诱导等离子体及拉曼光谱技术研究

摘要

近年来,随着人类社会的进步,地外星体探测项目、矿物质资源探寻手段以及分子结构研究课题,得到了前所未有的发展,相关技术在社会生产生活中发挥了重要的作用,其中,激光诱导击穿等离子体光谱(LIBS)技术和激光拉曼光谱(LRS)技术作为新兴的物质元素分析和分子结构检测的重要手段,以其各自特有的优点,吸引了越来越多研究者的目光。同时,由于对元素探测和物质分析研究程度的不断深入,人们对于探测方法的便利性、准确性提出了越来越高的要求,也更加注重探测手段在复杂生产条件下的实用性。
　　目前大多数的LIBS技术仍然需要将待测样品取回实验室进行检测,这就使得物质元素检测的实时性和非接触性所体现的价值大打折扣。在矿物资源探测作业中,经常会遇到未知矿物含量的陡峭崖壁,野外作业人员无法进入不明矿洞等危险作业区域,这就容易造成无法取样或取样数量有限的情况,给国家矿物资源勘探工作和相关人员的安全带来不利影响。远程LIBS探测技术可以很好地发挥LIBS的实时性、远距离非接触性等探测优势,解决远距离物质元素定性和定量分析的困难。而LRS技术是新型的、发展中的分子结构检测分析手段,共同研究远程LIBS探测技术和LRS技术,可以为实现物质元素检测和物质分子结构的双重检测功能奠定基础。
　　本文首先研究并搭建了一套远程LIBS检测系统,采用线宽测量、波长对比、采样延时、烧蚀孔效应以及光谱展宽比对等多种手段综合校准远距离测量系统的检测误差;而后对10米外的未知岩石进行了光谱检测和元素定性分析,分类配制了定标化学样品,优化了传统的光谱分析方法,分别重新设计了一套单一元素光谱定量法和一套基于不同类元素多离子态的对比定量法,利用这些新方法对远距离未知矿石中所含的Cu元素和Ba元素进行了定量分析,设计了化学实验相互比对部分,并且对误差进行了分析处理。同时研究了非金属元素对重金属元素激光等离子体的基体效应(matrix effect),经过试验,从粒子浓度、等离子体温度等方面分析了C、O等非金属元素基体效应对重金属元素测量的各类影响,得到了基体效应拐点温度等关键参数。
　　本文也研究了激光拉曼光谱技术应用于分子结构检测的理论,通过实验测量了有机化合物四氯化碳的拉曼光谱,分析了四氯化碳分子结构的振动特点,计算了各振动模式的退偏度,讨论了温度对拉曼光谱的影响,同时计算并得到了四氯化碳的拉曼费米共振各项参数值。
　　最后,总结了全文的研究内容,指出了本研究中存在的不足,并对进一步的研究工作提出了一定的建议。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2远程激光诱导击穿等离子体及激光拉曼光谱技术基本原理

1.3激光诱导击穿等离子体及激光拉曼光谱技术的研究现状

1.4论文研究的主要内容

第二章 远程LIBS探测系统的搭建与校正

2.1远程激光诱导击穿等离子体光谱探测系统

2.2远程探测系统光谱测量值偏差的估计方法

2.3本章小结

第三章 远程LIBS系统用于远距离外矿石的探测

3.1 远程LIBS系统对未知岩石及定标样品的光谱采集

3.2 数据处理与误差分析

3.3 化学检测部分

3.4本章小结

第四章 远程LIBS技术金属矿物元素的定量分析方法

4.1 基于不同类元素多离子态对比校正的远程LIBS矿物元素定

4.2 非金属元素对重金属元素激光等离子体的基体效应研究

4.3 本章小结

第五章 激光拉曼光谱技术应用于分子结构探测的初步研究

5.1 拉曼散射光谱用于分子结构探测的理论

5.2四氯化碳有机分子结构检测的理论

5.3 四氯化碳激光拉曼光谱的测试过程

5.4 四氯化碳激光拉曼光谱实验结果分析

5.5本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 主要研究工作

6.2 主要创新点

6.3存在的问题与展望

参考文献

攻读硕士学位期间作者发表的论文与专利

致谢