激光诱导金属等离子体光谱特性研究

论文摘要

本文采用高能量钕玻璃脉冲激光器（0～25J）、自动扫描多功能组合光栅光谱仪、CCD探测器、延时系统和计算机光谱采集软件构成激光光谱分析系统,以国家标准金属样品作为烧蚀样品,研究了激光诱导金属等离子体光谱的特性。主要内容包括以下几方面：1.预制小孔对激光诱导不锈钢等离子体辐射的增强作用实验研究了不同尺寸的预制小孔对激光诱导不锈钢等离子体辐射的影响。当激光作用于表面放置直径为1.5mm、深度为0.8mm的预制碳孔的不锈钢样品时,激光等离子体发射的谱线强度提高了71.5%～125.8%,光谱信背比提高了7.6%～18.5%；而等离子体温度和电子密度分别提高了1200K和1.21×1016cm-3,由此证明了合适尺寸的预制小孔对激光诱导不锈钢等离子体辐射有明显的增强作用。2.高气压Ar气对激光等离子体辐射的增强效应研究了高压（0.0-0.5MPa） Ar气对镍铬钼钒钛钢样品发射光谱的增强效应。实验发现,当样品烧蚀室内环境气压上升至0.5MPa时,金属等离子体光谱强度与常压下相比提高了1.6～2.3倍,信背比为28%～47%；而等离子体温度与0.1MPa气压条件下相比,则提高了1800K。由此证明,高环境气压条件下提高了对样品蒸发物的激发能力。3.不同环境气体对激光诱导不锈钢等离子体辐射特性的影响实验研究了Ar、N2、CO2和Air气对不锈钢等离子体辐射特性的影响。实验结果表明,当样品烧蚀室内环境气体为Ar时,等离子体光谱强度明显增强,比常用的空气为环境气体时提高了1.74～3.03倍,光谱信背比提高了12%～26%；而等离子体温度和电子温度分别提高了1080K和0.91×1017cm-3。相对而言,在N2和CO2环境气体条件下,等离子体辐射情况与空气条件下的比较接近。4.激光诱导击穿光谱技术在定量分析中的应用以国家标样—镍铬钼钒钛钢样品系列作为靶材,测量大气压力下Ar气中激光等离子体的发射光谱,绘制出校准曲线,分析了待测样品中元素Mn、Ti和Ni的含量。在扣除光谱背景的条件下,五次测量结果的相对标准偏差分别为4.58%、8.11%和3.80%,平均相对误差分别为6.41%、5.92%和5.64%；在不扣除光谱背景条件下,相对标准偏差分别为4.54%、6.67%和3.56%,平均相对误差分别为3.59%、8.71%和2.55%。这表明,在光谱背景较弱时不扣除,可获得更为精密的分析结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本论文研究的意义和工作内容
• 第2章 激光诱导等离子体光谱分析概述
• 2.1 激光等离子体参数
• 2.1.1 等离子体电子温度测量
• 2.1.2 等离子体电子密度测量
• 2.2 光谱定量分析的基本理论
• 2.2.1 激光等离子体的特征
• 2.2.2 原子发射光谱
• 2.2.3 定量分析的依据
• 2.2.4 内标法
• 2.2.5 标准加入法
• 2.3 光谱分析的装置与仪器
• 2.3.1 实验装置
• 2.3.2 实验仪器
• 第3章 预制小孔对激光诱导不锈钢等离子体辐射的增强作用
• 3.1 实验
• 3.1.1 实验仪器与工作条件
• 3.1.2 实验方法
• 3.2 激光等离子体发射光谱
• 3.3 样品蒸发量
• 3.4 激光等离子体参数
• 3.5 本章小结
• 第4章 高气压Ar气对激光等离子体辐射的增强效应
• 4.1 实验
• 4.1.1 实验仪器与工作条件
• 4.1.2 实验样品
• 4.2 光诱导等离子体
• 4.3 激光等离子体光谱
• 4.4 激光等离子体温度测量
• 4.5 本章小结
• 第5章 环境气体对激光诱导不锈钢等离子体辐射特性的影响
• 5.1 实验方法
• 5.2 激光等离子体发射光谱
• 5.3 激光等离子体参数
• 5.4 样品蒸发量
• 5.5 本章小结
• 第6章 激光诱导等离子体光谱法在定量分析中的应用
• 6.1 实验方法
• 6.2 不同环境气体下的激光等离子体光谱
• 6.3 校正曲线
• 6.4 定量分析结果
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢