科研进展简报

激光诱导等离子体的自吸收抑制研究新进展

来源:武汉光电国家研究中心    作者:激光与太赫兹技术功能实验室    发布时间:2018年05月04日

        激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种元素分析技术,具有快速、原位、微损、无需样品制备、全元素同步分析以及远程探测等诸多优点。然而,自吸收效应的存在严重干扰了激光诱导等离子体的发射光谱,破坏了光谱强度与元素浓度之间的线性映射关系,特别是自吸收严重时,谱线中心下凹(称为“自蚀”),严重影响定量分析精准度和灵敏度。

        针对自吸收效应对LIBS光谱分析造成的严重影响,武汉国家光电研究中心激光先进制造技术研究团队LIBS研究组郭连波副教授一直在探索从等离子体的本征物理特性出发来消除自吸收效应。2015年该团队提出了能态选择性激发抑制激光诱导击穿光谱的自吸收效应,该方法能够有效从源头抑制等离子体的自吸收效应,相关成果于2015年发表在美国光学学会旗下期刊Optics Letters 40 (22), 5224-5226(2015)上。由于上述方法必须预先确定待测元素的种类及其各个能态的相关参数,一次只能针对一种元素的一条谱线的自吸收进行抑制,采用的装置对环境要求苛刻等局限。为此,该团队又提出了一种在宽光谱范围(200~900 nm)内利用微波辅助激发LIBS (MAE-LIBS)同时抑制多元素的自吸收效应的新方法。研究了MAE-LIBS对钾长石中钠(Na)、钾(K)、铝(Al)、硅(Si)和钙(Ca)的自吸收抑制作用,并探讨了MAE-LIBS自吸收抑制的机理。结果表明,对于自吸收强的谱线自吸收抑制明显,例如钾长石中的Na I 589.0 nm,Na I 589.6 nm,K I 766.5 nm和K I 769.9的半高全宽(FWHMs)分别降低了43%、43%、53%和47%。结果证明,MAE-LIBS可以同时减少多元素的自吸收效应,并且微波激发装置具有体积小、价格低、操作简便、环境适应性强和维护简单等优点,有利于LIBS的高灵敏和高精准探测的推广及应用。

        2018年5月1日,研究成果《微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱中多元素的自吸收效应》(Multielemental self-absorption reduction in laser-induced breakdown spectroscopy by using microwave-assisted excitation)在美国光学学会旗下期刊Optics Express上在线发表。

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图.  微波辅助激发抑制激光诱导击穿光谱的自吸收效应装置图(a)和效果图(b)

 

        该项工作得到国家自然科学基金(615750731和5142950)的资助。郭连波副教授为论文通讯作者,陆永枫教授、曾晓雁教授、李祥友研究员、段军教授参与指导,博士生唐云为论文第一作者,博士后郝中骐、博士后唐仕松、博士生李嘉铭及硕士生朱志豪为共同作者。


 

 


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