激光誘導擊穿光譜技術(shù)用于土壤成分檢測研究.pdf

1、本文采用SQ-II型 Nd:YAG脈沖激光器（0～700 mJ）、WP-2L型平面光柵光譜儀、光譜采集與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等構(gòu)成光譜分析系統(tǒng)，以國家標準土壤樣品作為燒蝕靶，研究了激光誘導土壤等離子體發(fā)射光譜的特性。主要內(nèi)容包括以下幾方面：
　　1.激光脈沖能量和激光束散焦對等離子體輻射的影響
　　研究了激光輸出能量（100-500 mJ）對等離子體輻射強度的影響。實驗發(fā)現(xiàn)，在激光能量為200 mJ的優(yōu)化條件下，可以提高等離子體發(fā)射

2、光譜強度和信背比。當激光束被適當散焦以后激發(fā)樣品時，能夠進一步改善光譜質(zhì)量，在散焦位置為+6 mm時元素Mg、Al、K和Fe的譜線強度比未散焦時的分別提高了46％、63％、59％和45％，而光譜信背比分別提高了11％、31％、35％和38％。由此證明了合適的激光脈沖能量以及激光束適當散焦對激光誘導土壤等離子體輻射有明顯的增強作用。
　　2. NaCl添加劑對激光誘導土壤等離子體輻射的增強效應(yīng)
　　研究了激光輸出能量（100-

3、500 mJ）和NaCl樣品添加劑（0％-20％）對等離子體輻射強度的作用。實驗結(jié)果表明，在激光能量為200 mJ的優(yōu)化條件下，光譜強度和信背比得到很大程度的提高。當土壤樣品中加入適量 NaCl添加劑以后，能夠進一步改善激光光譜質(zhì)量。NaCl加入量為10％時，等離子體中元素 Fe、Ba、Al和Ti的譜線強度比無添加劑時的分別提高了37％、32％、32％和70％，光譜信背比分別提高了33％、26％、16％和38％；而樣品燒蝕量、電子溫度和

4、電子密度比無添加劑時的分別提高了14％、9.6％和26％?？梢姡寥罉悠分屑尤?NaCl添加劑是提高光譜質(zhì)量的有效手段。
　　3.激光脈沖重復(fù)頻率對激光誘導土壤等離子體光譜的影響
　　激光脈沖重復(fù)頻率直接關(guān)系到激光對樣品的蒸發(fā)、原子化、激發(fā)過程以及等離子體的性質(zhì)。實驗對比研究了5 Hz、10 Hz和15 Hz三種激光脈沖頻率條件下的等離子體發(fā)射光譜質(zhì)量。通過比較光譜強度和信背比，表明高重復(fù)頻率的脈沖激光有利于獲得更高質(zhì)量的原

5、子發(fā)射光譜。在無 CsCl添加劑的條件下，對于元素 Al、Fe和Ti的譜線強度和信背比而言，激光脈沖重復(fù)頻率為15 Hz時要比5 Hz時的分別增強40％、78％、66％和62％、30％、9％；當 CsCl添加劑含量為10％，元素 Al、Fe和Ti的譜線強度和信背比在激光脈沖頻率為15 Hz時要比5 Hz時的分別增大44％、108％、100％和10％、40％、66％。實驗證明了較高的激光脈沖重復(fù)頻率能夠進一步改善等離子體光譜質(zhì)量，這對于降

6、低光譜分析檢出限，提高檢測靈敏度尤為重要。
　　4.利用激光誘導等離子體光譜技術(shù)進行土壤中重金屬元素的定量分析
　　以國家標準土壤樣品（GBW07411）作為分析試樣，在優(yōu)化的實驗條件下，測量了土壤等離子體發(fā)射光譜，并采用標準加入法對樣品中有毒重金屬元素鉻進行了定量分析。實驗結(jié)果表明，當采用內(nèi)標元素譜線來消除實驗條件波動帶來的不利影響時，獲得的定量分析結(jié)果令人滿意，證明了激光誘導等離子體光譜技術(shù)用于土壤元素成分檢測的可行性。