超声波雾化辅助液体样品激光诱导击穿光谱技术研究

第３１卷，第６期

２

０

光谱学与光谱分析

ＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄＳｐｅｃｔｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓ

１

１年６月

Ｖ０１．３１，Ｎｏ．６，ＰＰｌ４５８－１４６２

Ｊｕｎｅ，２０１１

超声波雾化辅助液体样品激光诱导击穿光谱技术研究

钟石磊１’２，卢

渊１，程

凯１，修俊山１，郑荣儿ｈ

２６６１００

１．中国海洋大学光学光电子实验室，山东青岛２．青岛大学物理科学学院，山东青岛

２６６０７１

摘要受到液体内部复杂环境因素的影响，ＬＩＢＳ技术在针对液体样品的成分检测分析的应用受到很大的制约。文章提出了一种由超声波雾化器件辅助，先将液体雾化成空气中密集的雾状小液滴，然后进行ＬＩＢＳ检测的新方法。并依据此思路实现了一套由超声波雾化器、Ｎｄ：ＹＡＧ激光器（１

０６４

ｒｉｍ）和ＩＣＣＤ探测器组

成的检测系统。使用该系统对溶解有镁元素的水溶液样品进行了系统实验分析。实验发现，即使在相对较低的脉冲能量（３０ｍＪ）下，该方法诱导的ＬＩＢＳ信号仍具有较长的寿命和较高的信背比。该方法对Ｍｇ元素的检测限能够达到０．２４２ｐｐｍ（１０“ｇ ９１）量级。同时，文章还利用Ｈａ线对等离子体的电子密度进行了计算，分析了等离子体演化的特点。

关键词ＬＩＢＳ；超声波雾化；水溶液；镁中图分类号：０６４４．１

文献标识码：Ａ

ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—０５９３（２０１１）０６—１４５８０５

度提高幅度仍有限。有的文献引入双脉冲激光诱导击穿光谱

引言

激光诱导击穿光谱（１ａｓｅｒ

ｉｎｄｕｃｅｄｂｒｅａｋｄｏｗｎ

ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏ—

技术（ｄｏｕｂｌｅｐｕｌｓｅ－ＬＩＰＳ，ＤＰ－ＬＩＰＳ），介绍了直接在水下的液体内部进行击穿，实验时利用一个脉冲将液体内部进行击穿产生一个气泡环境，选择最佳延时在气泡中进行二次击穿进行检测的方法Ｉ…。也有的文献将两种方法结合，介绍了利用ＤＰ－ＬＩＢＳ在液体喷流表面进行击穿的检测方法［８］。虽然ＤＰ－ＬＩＢＳ对提高检测灵敏度有较大帮助，但双脉冲系统光路的复杂程度较高，双脉冲激光器成本也较高。除上述方法之

ｐｙ，ＬＩＢｓ）技术是一种利用高能量密度激光脉冲，击穿样品产生等离子体，测量等离子体冷却复合时目标元素的发射光谱来进行化学成分检测、区分和定量分析的技术。该技术以其实肘、快速、原位和宽检测范围等特点受到越来越多的关注，在工业生产［“，环境监测［“、地址勘探［…、生物医疗［４０等领域都进行了深入的研究。然而，在针对液体样品的检测中，由于液体内部压力、波动等因素的影响，直接在液体内部进行击穿存在击穿闭值较高，信号稳定性差的现象，最终导致了应用过程中检测灵敏度较低，检测限（１ｉｍｉｔｔｉｏｎ，ＬＯＤ）难以满足需求［５］。

为了改善ＬＩＢＳ信号，提高检测的灵敏度，国内外的研究者针对液体样品的特点，提出了许多改进方法。如为了减小等离子体膨胀过程中的压力和热传导的影响，将激光脉冲聚焦在气液界面进行击穿的方法［６３；为了避免液体表面波动难以确定聚焦点，将聚焦点选择在液体喷流表面［７１的方法。这些方法都是不同程度地将击穿的环境转移到压力较小的气液界面，从而达到提高烧蚀效率和延长等离子体寿命的目的。然而这些方法即使在激光脉冲能量较高的情况下，灵敏

收稿日期：２０１０－０６—２８，修订日期：２０１０—０９—２０基金项目：国家（８６３计划）项目（２００６ＡＡ０９２２４３）资助

ｏｆｄｅｔｅｃ—

外，改变样品形态也是改善ＬＩＰＳ信号，提高检测灵敏度的

一种方法。如将液体样品吸附到固体物体上，如纸片或木棒上再进行击穿的方法Ｌ９０；或者将液体样品转换成固体形态，

再进行ＬＩＰＳ检测的方法ＬＪ…。然而这些方法虽然在一定程度

上保证了信号的稳定性，提高了检测灵敏度，但是样品预处理所需时间较长，ＬＩＢＳ技术实时、快速的特点也无法得到保证。综合来看如何在维持合理的系统成本的同时，保持ＬＩＢＳ实时、快速和原位的特色，提高液体样品检测的灵敏度，仍是需要进一步改善的重要问题之一。

中国海洋大学光学光电子实验室也对从水下喷流，乃至置换反应辅助［１¨等各种方法进行了系统的实验评价，并在这些工作的基础上，提出一种利用电子振荡电路产生高频机械振动，将液体转化成空气中的雾状液滴，然后聚焦激光脉冲击穿液滴诱导等离子体的超声波雾化技术（Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ

作者简介：钟石磊。１９７８年生，青岛大学物理科学学院讲师ｅ－ｍａｉｌ：Ｎａｎｚｈｏｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ

＊通讯联系人ｅ－ｍａｉｌ：ｒｚｈｅｎｇ＠ＯＵＣ．ｅｄｕ．ｃｎ

第６期

光舯与光游＂折

ＩＩ

ＮｅｈＩｉ搿）辅岫ｕｌｊｓ打啦（简槔ＵＮ－ＬＩＫｓ）．希辩通ｉｔ这一

方法，改变击穿时藏件样品时物理彤卷■ｌ烧蚀环境．性样矾的烧蚀效率得到挺高．等离子休弁命褂到延Ｋ．进【Ｍ达到挺拜幢测最ｔ度的ｒＩ的．

２７９．５５ｍ Ｍｇ

Ｕ

２ｈ：７ｍ．№１

２８５

２１珊！条谦

线强窿随时问演化的掰像．罔巾的谐线＆鹿为去背嚣后舳般讣强度．赏赣ｍＩ激光功率为３００ｒｏＷ（每个昧冲能量３０１ＴＩＪ）．

ＩＣＣＤ卅益酲置为２００．ＭＣＰ（Ｍ～ｃＩ…ＩＰｌａｉｔ）ｆｌ竟为

２０：３

ｍ．步妊２００％。为了Ｂ开等冉子伴初期鞍强的切身辐

１实验

阳ｌ为ｕ摊１．１鹧幢测宴骑鞋ｉ示意图．液体拌＊‘艘

在底揶安嚣有超声城振替换能器的样品池巾．咆嚣＆馈式撂替电路产生鞭睾为ｌ

７

射Ｗ连睦融射噪声．数据从４００ｍＥ＂始采集．

ｒ

ｒ

ＭＨｚ帕越声波报蚺倍母．ｍ振描换

ｐ

舱口将藏体样品雾化成悬浮的张水量Ⅲ小豫清．如目所ｍ．在进摊气廓ｍ的带动下．算状小藏嵩唼ＨＩ样品艳Ｌ方的导‘ｔ苔－在ｇ气管ｔ方形成由ｔ动的督橐藏滴帕成的拄状雾气．破光光＊为“Ｑ脉冲激光嚣Ｎｄ劭．琏用甚蝴１

ｚ

，ｐ

ＹＡＧ（Ｑ．ａｎｔｄ．Ｂｒｉｌｌｌａｎｌ

Ｐ

Ｏ

０６４珊输出，氟复壤半１０

Ｈｚ．瓷过州节ｑ

Ⅱ关《时．单脉冲扼昔☆月３０呵．蠢光肚冲羟右英透镜（，

＝３８眦）囊熊．在导气臂ｔ方击穿算状样品产ｑ：等离｝件．

气的边缘处．使川光奸收集等离子体盘舯兜潜俯号．光纤阿

为ｒ减少雾气对发射光黼号的敲射．ｄ｜穿点选样在柱状雾

精光光路的兜角Ｒ盯，距离击穿点为ｔ

（Ａｄｏｎ．ｓＰｓ００ｊ．１２００

啦２ｕ蛐－ｏｆ妇锄两ｈ蛳ｄ“№

№

５…ＩＩ光滑倥

ｌ…一。）分光．扎ｘｍ探舞§

ｉ耐ｔｈｅ妇ｌｍ

４ｅ１１ｙⅡ３２ＩｔＳ

№１１

２７９．ｓＩｎｍＩ２；ＭｒⅡｚ地２７

ｎ…３№Ｉ

２８５２ｌｎｍ

（Ａｎｄｏｒ．ＤＨ７３４ １８Ｆ－０３１采榘光谱敷据。光漪慢接矬宽度１０

从嘲２中可“看ｍ，．ｂ穿后形成荨离子体的初期悄母强度仇根高－劬菪等离子体蓬渐冷却甜号§度《渐降低．右±方小Ⅲｇ时为３

肿．兜 …… 此处隐藏：8118字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……