腔體約束和納米粒子共同作用下的激光誘導擊穿光譜時間演化特性

任 龍，郝曉劍，楊彥偉，孫永凱

中北大學儀器科學與動態測試教育部重點實驗室，山西 太原 030051

引 言

激光誘導擊穿光譜(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)又稱激光誘導擊穿等離子體或激光火花光譜，在過去的20年里，發展迅猛。 相比于其他元素分析技術，具有操作簡單、迅速的特點，同時可檢測的元素范圍極寬，無論待測樣品是固體[1-2]、液體[3]還是氣體[4]均可進行定性、定量檢測分析。 故而在環境[5-7]、鋼鐵[8]、煤炭[9]、生物[10]等領域有了廣泛的應用。

等離子體的存活時間十分短暫，通常在1～10 μs之間。 當激光脈沖聚焦于樣品表面，樣品表面因吸收光子的能量而被加熱，熱電子變為自由電子，自由電子在持續的激光作用下又與原子發生碰撞，原子再電離產生電子，形成雪崩效應，產生了大量的高溫等離子體。 而由于周圍環境溫度低，等離子體迅速冷卻，其中處于激發態的原子、離子以及電子在向下能級躍遷時部分能量以光的形式輻射出來，這種輻射帶有明顯的元素特征，整個過程所經歷的時間為納秒和微秒量級。 許鶴[11]等分別使用150和500 mJ激光能量對空氣進行擊穿獲得空氣等離子體，計算其等離子體溫度和密度，并探討了其演化特性。 蘇雪嬌[12]等研究了不同尺寸腔體約束下光譜強度以及信噪比的變化情況，得出腔體約束可以很好地改善LIBS信號。 王哲[13]等發現合適的腔體約束尺寸可以極大的增強光譜強度以及定量分析的精度。 De Giacomo A[14]等發現了在金屬樣品表面沉積金納米粒子可以使光譜強度增加1～2個數量級，并探究了譜線增強機理?！?br>