腔体约束材料对激光诱导击穿Cu等离子体光谱的影响

摘要

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种物质成分分析技术,它利用脉冲激光聚焦在样品表面,当激光烧蚀样品时产生等离子体,光谱仪收集等离子体辐射的光谱,计算机进行元素分析.它具有操作简便快速,检测元素全面等优点.传统L IBS存在检测灵敏度低,谱线背景噪声高等缺点,将LIBS技术与腔体约束结合起来可以增强光谱强度,同时信噪比和等离子体温度等一些参数也会有效提高.使用PL A和铝两种材料的圆柱形约束腔固定在黄铜样品表面,直径分别为5和6mm,高度分别为1,2,3,4和5mm.利用光谱仪采集了CuⅠ510.55 nm,CuⅠ515.32 nm和CuⅠ521.82 nm三条Cu等离子体谱线,并对其进行了分析研究.实验结果表明相比于未加腔体约束,光谱强度在每种腔体约束下都得到了增强.针对CuⅠ515.32 nm谱线,研究了它在各个约束腔下的增强因子和信噪比.随着圆柱形约束腔高度的增加,增强因子呈现先增大后减小的趋势,在高度为4 mm时达到最大.同一高度、不同直径的约束腔,直径为5 mm时比6 mm时要大.而对于同一高度、同一直径的腔体来说,铝材料腔体约束下都比PL A材料的大.在当前实验条件下,高度4 mm、直径5 mm的铝材料的约束腔增强效果最明显,增强因子达到最大值28.29.信噪比与增强因子变化趋势一致,也在高度4 mm、直径5 mm的铝材料的约束腔下达到最大值44.03,是没有腔体约束时的13.89倍.此外,计算了等离子体温度,PL A材料的约束腔对等离子体温度影响较小,而在铝约束腔下等离子体温度增加明显,5μs时在与没有约束腔时相差达到最大值467.35 K.腔体约束装置简单,与LIBS系统组合方便,并且增强光谱效果明显,具有广阔的应用前景.本文研究了LIBS系统结合不同材料的腔体约束对激光诱导击穿Cu等离子体光谱的影响,对腔体材料的选取有一定的参考价值.