激光诱导等离子体光谱法(LIPS)测定不锈钢中微量元素
激光诱导等离子体光谱法(LIPS)测定不锈钢中微量元素
作者：李静， 翟超， 张仕定， 张鉴秋， 孟祥儒， LI Jing， ZHAI Chao， ZHANG Shi-ding，ZHANG Jian-qiu， MENG Xiang-ru
作者单位：李静,翟超,张鉴秋,孟祥儒,LI Jing,ZHAI Chao,ZHANG Jian-qiu,MENG Xiang-ru(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系光电技术实验室,安徽,合肥,230027)， 张仕定,ZHANG Shi-
ding(中国科学技术大学理化实验中心,安徽,合肥,230026)
刊名：
光谱学与光谱分析
英文刊名：SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS
年，卷(期)：2008,28(4)
被引用次数：2次
参考文献(12条)
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引证文献(2条)
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本文链接：https://www.wendangku.net/doc/216328266.html,/Periodical_gpxygpfx200804050.aspx
等离子体诊断技术作业题及答案
“等离子体诊断技术”课程作业题 1.试述光谱分析法对激光等离子体诊断的特点以及能进行定量测试的物理量，并举例说明； 答：不同波段对分析仪器及所用的分析技术的要求不相同。而且各种类型的高温等离子体的参数范围变化很大，不同的参数范围和不同的诊断方法对光谱的分析也有不同的要求。在此着重介绍可见光区光谱分析，稍微介绍下红外和紫外以及X射线光谱。在可见光区，光谱分析基本上都是用棱镜光谱仪、衍射光栅光谱仪和干涉光谱仪。光谱分析仪中最关键的元件是棱镜或衍射光栅等色散元件，它用以使不同波长的光在空间分离出来。 棱镜的分光原理是基于某些透光物质的色散作用，即某些透光介质对不同光波的光具有不同的折射率。棱镜光谱分析仪最大的优点是其没有光谱重叠问题。其显 著缺点是，在0.4m μ到1.0m μ，d n dλ 均下降约达一个数量级，使角色散率和分辨 率都随波长而有显著变化。棱镜光谱仪的工作光谱区，主要取决于棱镜及其它光学零件所用材料的光谱透射率。国产KCA-1型大型棱镜摄谱仪，光源出发的光通过三透镜系统照明狭缝，使得整个狭缝照明均匀，并使光线充满物镜，从而发挥仪器的最大分辨率。狭缝是光谱仪中十分精密的部件，其缝宽调节精度达微米量级，它的高度有光阑调节。 近代高级的光谱仪大多都采用光栅作为色散元件。从广义上讲，任何一种装置和结构，只要它能给入射光的振幅或相位、或者两者同时加以周期性的空间调制，都称为衍射光栅。它的分光作用是基于光的衍射和干涉现象。实际采用的光栅都不采用投射式，而采用反射式。由于振幅调制式光栅的大部分光强仍然都落在五色散的零级谱上，因而现代所有的光栅都采用相位调制式反射光栅。相位调制式反射光栅的主要优点是，可以选择一定形状的沟槽断面，是大部分的入射光集中于预定的方向上，这种光栅称为闪耀光栅。闪耀光栅在闪耀方向上，所集中地入射总光能可达80%~90%，这是闪耀光栅的最大优点。在光栅光谱仪中，不同波长的不同光谱级的光会发生重叠，这是其最严重的缺点之一。反射光栅除了上述的平面反射光栅外，还有一种所谓凹面反射光栅，它是在球面反射镜上沿弦刻画出等间隔且等宽的许多平行直刻痕二制成的。凹面光栅除了具有与平面光栅相同
基于激光吸收光谱的温度快速提取方法与设计方案
图片简介: 本技术提出一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，属于可调谐二极管激光吸收光谱技术领域，用于待测气体温度快速提取。该温度快速提取 方法包括以下步骤：获取波数扫描的激光穿过待测气体后的吸收谱；计算吸收谱随波数变化曲线的一阶微分和二阶微分；建立温度快速提取模型； 使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体温度值。本技术仅利用一个激光吸收光谱即可进行温度快速提取，有效利用吸收 谱的形状信息，简化了传统的双吸收谱线温度提取方式。同时温度快速提取方法计算时间短，适于硬件实现，在温度实时测量方面具有广阔的前 景。 技术要求 1.一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，所述的温度提取方法首先使波数扫描的激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被01号光电探镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，综合两个探测器的信号和压力计测量的待测气体压力获得激光穿过待测气体后的吸收谱，然后计算微分，接着建立温度快速提取模型，最后使用多元线性回归算法求解温度快速提取模型，进而提取待测气体的温度值。 2.按照权利要求1所述的一种基于激光吸收光谱的温度快速提取方法，其特征在于该温度快速提取方法包括以下步骤： 步骤一、获取激光穿过待测气体后的吸收谱；激光器输出中心波数为ν0[cm-1]、波数扫描的激光，激光经光纤分束器后，一路接入马赫曾德干涉仪后直接被0从时间到相对波数的转换关系f，结合用于待测气体压力初步测量的压力计示数pm得到K个采样点处的绝对波数νa与时间t的关系： va＝f(t)+v0+pmδ (1) 式中，δ为该吸收谱线的压致频移系数，另一路光纤分束器输出的激光接入准直镜准直后，穿过待测气体，然后被02号光电探测器接收，获得透射信号光强I 收的位置拟合激光光强基线I0(t)，根据吸收率的定义，激光穿过待测气体后随时间变化的吸收率α(t)的计算公式为： 结合式(1)与式(2)得到随绝对波数变化的吸收率α(νa)，即吸收谱； 步骤二、计算吸收谱的一阶微分和二阶微分；对绝对波数值νa进行预处理：
激光诱导等离子体光谱分析
激光诱导等离子体光谱分析
激光光谱分析与联用技术 读书报告 日期：2011年5月25日 激光诱导等离子体光谱法
摘要：本文概述了激光诱导等离子光谱法的发展概况、基本原理、基本特性、仪器装置、应用方向和研究进展，并对该光谱法进行了展望。关键词：激光诱导等离子体光谱研究进展 前言： 激光诱导等离子体（LIP）近年来尤为受到关注，已经成为研究激光与物质相互作用的重要工具，在光谱分析，激光薄膜沉积和惯性约束核聚变等方面也有着广泛的应用。随着激光和阵列探测器的发展，激光诱导等离子体光谱技术（laser-induced plasma spectroscopy或者 laser-induced breakdown spectroscopy）在近30年内取得长足发展，成为原子光谱分析阵营中的一颗明星，犹如早些年的火焰原子吸收光谱法、光电直读光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法，在很多领域得到广泛的应用。 1.发展概况 LIPS自1962年被报道以来，已被广泛地应用到多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、
环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA 的火星探测计划CHEMCAM等，并且开发出了许多基于LIPS技术的小型化在线检测系统。 LIPS发展可以分为三个阶段：第一个阶段是至自1962年提出到70年代中期，主要是在于研发利用光电火花源产生等离子体的仪器。第二个阶段是从1980年开始，这种技术重新被人们重视，但实际应用仍然受到笨重的仪器阻碍。第三个阶段是1983年迄今，激光诱导等离子体光谱开始以缩写形式LIPS，开始被商业公司开发应用。这种趋势导致分析工作更加集中于发展坚固的、移动的仪器。此时光纤也被应用于LIPS系统中，主要用于将等离子体发射信息和激光脉冲耦合进光谱仪。 近20多年来，LIPS测量技术在各个行业都有不同程度的应用。通过改进实验LIPS装置来提高测量精度。到上个世纪90年代中期开始，一些商业公司便开发出便携式半定量的成品仪器，
在线半导体激光光谱分析技术
在线半导体激光光谱分析技术 王健 陈人 顾海涛 黄伟 王健先生，聚光科技(杭州)有限公司研究员；陈人先生，工程师；顾海涛先生，工程师；黄伟先生，工程师。 关键词：半导体激光吸收光谱 在线分析 调制吸收光谱 工业过程 半导体激光吸收光谱技术(Diode Laser Absorption Spectroscopy ，DLAS)最早在20 世纪70年代推出时使用中远红外波长的铅 盐半导体激光器，而这类激光器以及相应的 中远红外光电传感器在当时只能工作于非 常低的液氮甚至液氦温度，从而限制了 DLAS 技术在工业过程气体分析领域的应 用。80年代DLAS 技术开始被推广应用于 大气研究、环境监测、工业过程分析、医疗 诊断和航空航天等领域。现已逐渐发展成为 一种非常重要的在线气体分析技术，并受到 了越来越广泛的重视。 一 DLAS 技术原理 1. DLAS 基本原理 DLAS 技术是一种高分辨率吸收光谱技术，通过分析激光被气体的选择吸收来获得气体浓度、温度和压力等参数。半导体激光穿过被测气体后的光强衰减满足Beer-Lambert 关系： I(v)=I 0(v)exp(-S(T)Φ(v-v 0)PXL) (1) 式中I 0(v)和I(v)分别表示频率为v 的单色激光入射时和经过光程L 、压力为P 、温度为T 、浓度为X 的被测气体后的光强；S(T)表示气体吸收谱线的强度，是气体温度的函数；线形函数Φ(v-v 0)表征该吸收谱线的形状，它与气体温度、压力有关；线强S(T)和线形函数Φ(v-v 0)的乘积就是吸收谱线的吸收截面。激光强度的衰减与被测气体含量成定量的关系，因此，通过测量激光强度衰减信息就可分析获得被测气体的浓度。 DLAS 技术除了可在高温、高流速以及多相流等复杂、恶劣条件下分析测量气体的浓度之外，还可利用气体吸收谱线强度与气体温度的相关机制，实现对气体温度的检测。在某些应用工况下，DLAS 技术能够在进行气体浓度检测的同时，测量出气体温度并对浓度测量温度影响量进行修正(参见式(1))，实现高精度、恶劣环境适应性强的检测。 DLAS 技术测量气体温度通常需要测量被测环境中某一气体两条以上吸收谱线的吸收，核心原理是：通过挑选合适的吸收谱线对使该谱线对吸收线强之比为温度的灵敏函数，这样就可以通过测量该谱线对吸收线强之比来测量温度。 线强比值R 对温度T 的灵敏度是DLAS 温度测量技术的一个重要指标，表示为： T "E "E k hc T/T R/R 21???????=?? （2）
激光诱导土壤等离子体光谱辐射实验参数优化
1206011-1第47卷第12期 红外与激光工程2018年12月Vol.47No.12Infrared and Laser Engineering Dec.2018 收稿日期：2018-07-10；修订日期：2018-08-28 基金项目：重庆市基础科学与前沿技术研究专项项目重点项目(cstc2015jcyjBX0016)；重庆市教委科学研究项目(KJ1500436)；教育部 留学回国人员科研启动基金(教外司留[2015]1098号）；重庆市基础科学与前沿技术研究专项项目一般项目 (cstc2016jcyjA0389)；重庆邮电大学博士基金(A2016-113) 作者简介：王金梅(1981-)，女，副教授，博士，主要从事光电检测技术方面的研究。Email:wangjm@https://www.wendangku.net/doc/216328266.html, 通讯作者：郑培超(1980-)，男，教授，博士，主要从事光谱测量技术方面的研究。Email:zhengpc@https://www.wendangku.net/doc/216328266.html, Optimization of experimental parameters of laser induced soil plasma spectral radiation Wang Jinmei,Yan Haiying,Zheng Peichao *,Xue Shuwen (Chongqing Municipal Level Key Laboratory of Photoelectronic Information Sensing and Transmitting Technology,College of Optoelectronic Engineering,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China) Abstract:Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS)was employed to investigate the soil.LIBS analyses were performed with Nd:YAG laser operating at 1064nm,5.82ns pulse duration.The spectral lines of Ca II 393.37nm and Ca II 396.85nm were selected as the analytical lines for optimizing the experimental parameters (ICCD delay,laser energy,ICCD gate width,repetition rate and cumulative number of spectrum)which had influence on spectral line.The experimental conditions were determined as follows.The ICCD delay was 1μs,the laser energy was 50mJ,the ICCD gate width was 3.5μs,the repetition rate was 1Hz and the cumulative number of spectrum was 100times.Under the optimal experimental conditions,the results of the electron temperatures T e and electron densities N e were 11604K and 5.155×1016cm -3,respectively.The local thermal equilibrium condition of the plasma was satisfied.The results are useful for the analysis and detection of elements in soil. Key words:laser induced breakdown spectroscopy; sequential test;soil;electron temperatures; electron densities CLC number:O433.4；TN249Document code:A DOI ：10.3788/IRLA201847.1206011激光诱导土壤等离子体光谱辐射实验参数优化 王金梅，颜海英，郑培超*，薛淑文 (重庆邮电大学光电工程学院光电信息感测与传输技术重庆重点实验室，重庆400065) 摘要：采用激光诱导击穿光谱法(LIBS)对土壤进行了研究。激光器采用的是Nd:YAG 脉冲激光器，激光器的输出波长是1064nm ，脉宽是5.82ns ，激光聚焦在土壤表面产生激光诱导等离子体，通过优化实验参数(ICCD 延时、脉冲能量、ICCD 门宽、脉冲频率、谱图积累次数)对Ca II 393.37nm 和Ca II 396.37nm 两条特征谱线强度及信背比的影响，确定实验最佳条件是ICCD 延时1μs ，激光能量50mJ ，ICCD 门宽3.5μs ，脉冲频率1Hz ，谱图积累次数100次。在最优实验条件下计算等离子体参数，得出土壤中的等离子体电子温度是11604K ，土壤的等离子体电子密度是5.155×1016cm -3，经过万方数据
利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓度
利用激光吸收光谱测量火焰中的碳烟颗粒浓度、温度以及气体浓 度 燃烧过程是化学反应和物理变化耦合的极其复杂的反应系统,对燃烧过程中的温度、气体组分浓度以及碳烟颗粒浓度等多种关键参数实现准确可靠的在线监测,以及对多种参数空间分布的同时测量与重建,对优化燃烧系统设计、提高能量利用效率等有着重要的现实意义。此外,对燃烧过程中的多种关键参数实现同时在线监测,对理解燃烧过程中的碳烟等污染物的生成机理也有着非常重要的帮助。 在此背景之下,本文开展了火焰中气固两相多种参数同时测量以及燃烧场中多种参数空间分布重建的研究,并且将新型的多参数同时测量方法应用碳烟颗粒生成的相关化学反应机理研究中。本文首先对研究过程中的分子吸收光谱技术的基本原理及各重要参数进行了详细阐述。 对基于吸收光谱技术的不同测量方法的特点及其适用范围进行了讨论,包括扫描波长直接吸收测量方法、固定波长直接吸收测量方法以及波长调制测量方法等。此外,还详细介绍了用于固体颗粒测量的Mie散射理论及其近似求解方法Rayleigh散射理论。 其次,研究了对高温环境下多种气体的温度和浓度的同时测量。选择位于4996 cm-1附近的CO2吸收谱线作为本实验研究过程中高温下 CO2温度和浓度同时测量的目标谱线对。 对吸收池内不同温度工况（873 K～1273 K）下不同CO2浓度（4%～10%）的CO2/N2混合气体的温度以及CO2浓度的进行了同时在线测量,温度值与设定温度值相比,平均偏差为2.07%,峰值偏差为3.49%;测量得到CO2气体浓度值与配比浓度值相比,平均偏差为
激光诱导等离子体光谱法(LIPS)及其影响因素
基于LIPS检测铬铁碳含量时影响因素的分析 摘要利用聚焦的强激光束入射物体表面产生激光等离子体，对等离子体中原子和离子发射谱进行元素分析叫做激光诱导等离子体光谱法(Laser-induced plasma spectroscopy)，简称LIPS。由于LIPS测量方法具有许多优点，如不需对样品进行预处理，快速、无损检测，高灵敏度，可以对固体、液体、气体中的悬浮颗粒等进行实时的现场检测，所以这种方法逐渐成为化学分析的一种重要方法。影响分析检测的主要因素有激光的能量密度，激光的波长，激光脉冲宽度，样品的物理化学性质，以及周围环境气体的性质和压力等的影响。 关键字激光诱导等离子体光谱法(LIPS) 碳元素含量光谱仪影响因素 1引言 激光诱导等离子体光谱法（LIPS）是基于高强度的脉冲激光与材料相互作用，产生等离子体，对等离子体辐射的光谱分析，获得被测物质的成分和含量，适用于固体、液体和气体样品。脉冲激光束（脉宽纳秒量级，单脉冲能量几十毫焦）经透镜聚焦后作用于样品表面，能量密度达到GW/2cm以上，辐照处物质蒸发、气化后形成稠密的等离子体，等离子体一般能持续几十微秒后衰减消失。激光诱导等离子体光谱法装置简便，样品无需预处理，发射一次脉冲能同时测量多种元素，可以实现快速的在线分析，大大提高生产效率，以及实现有毒、强辐射等恶劣环境下远距离、非接触性探测分析。LIPS 的应用领域非常广泛，在环境保护，地质矿藏勘探，核燃料分析处理钢铁冶金，考古,海洋等领域都有广泛的应用。 2 LIPS的装置与实验结果 2.1 LIPS的典型装置 典型的LIP S光谱探测系统主要由激光光源、光束传输系统、分光系统、信号接收系统、时序控制系统和计算机等组成。系统架构示意图如图1所示。该系统的工作原理为:脉冲激光器输出的脉冲光束经聚焦透镜聚焦到样品表面，样品被烧蚀、蒸发、激发和离化后在样品表面形成高温、高压、高电子密度的等离子体的火花，辐射出包含原子和离子特征谱线的光谱;将等离子体光谱通过光纤导入到分光系统，分光系统后面的信号接收系统采集信号，将光信号转化成电信号输出;经数据处理电路进行滤波、放大、A/D转换、存储等处理过程，然后送入计算机进一步处理。经过上述步骤，即可完成整个光谱的采集过程。通常实验平台中引入时序控制系统，时序控制器控制激光脉冲发出和光信号检测之间的延迟时间，用于时间分辨光谱的研究和谱线信噪比的研究。
固态和液态钢的激光诱导等离子体比较_KONDOHiroyuki
冶金分析，２０１３，３３（５）：１－５Ｍｅｔａｌｌｕｒｇ ｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ，２０１３，３３（５）：１－５文章编号：１０００－７５７１（２０１３）０５－０００１－０５ 固态和液态钢的激光诱导等离子体比较 ＫＯＮＤＯ Ｈｉｒｏｙ ｕｋｉ（新日本制铁株式会社高级技术实验室，富津２９３－ ８５１１，日本）摘 要：比较了产生于室温固态钢以及高温液态钢上激光诱导等离子体的特征、原子铁的激发温度以及电子密度。通过在３８６～４００ｎｍ波长范围的中性铁原子发射谱线， 由波尔兹曼作图法确定了铁原子的激发温度。通过测量Ａｌ Ｉ３９４．４ｎｍ的谱线宽度，估算了电子密度。对固体钢来说，铁元素的激发温度从延迟时间为１０μｓ时的１０ ８００Ｋ下降到延迟时间为８０μｓ时的７ ３００Ｋ。当延迟时间分别为１０μｓ和７０μｓ时，产生于固态钢和液态钢上等离子体间的激发温度并没有显著差别。在铁元素和铝元素大部分的中性原子线中，可以观察到液态钢的谱线宽度比固态钢的谱线宽度更窄。当激光脉冲的观察延迟时间均为１０μｓ时，产生于液态钢上等离子体的电子密度大约为（０．９９±０．１５）×１０１７／ｃｍ３，这相当于产生在固态钢上等离子体电子密度的４６％。 关键词：激光诱导击穿光谱（ＬＩＢＳ ）；等离子体温度；电子密度中图分类号：Ｏ６５７．３８ 文献标识码：Ａ 收稿日期：２０１２－１２－１５ 作者简介：ＫＯＮＤＯ Ｈｉｒｏｙｕｋｉ（１９５９－），男，高级研究员；Ｅ－ｍａｉｌ：ｋｏｎｄｏｈ．ｈｉｒｏｙｕｋｉ＠ｎｓｃ．ｃｏ．ｊｐ ． Ｌ ＩＢＳ（激光诱导击穿光谱）的光谱线强度会受到许多因素的影响， 诸如激光能量密度、辐射、波长、持续时间、环境气体以及压力等。以激光诱 导等离子体的温度和电子密度与大气压［１］ 环境下 的环境气体、空气、氩气和氦气的对比为例，等离子体特性还取决于样品的物理性能。在将不锈钢样品加热到１ ０００Ｋ时，等离子体温度并没有很大程度的改变，而烧蚀质量却随着样品温度的上 升而增加［２－ ３］。实验表明，随着样品温度的上升， 样品表面的反射率下降，从而导致有效激光能量馏分的增加。 激光诱导击穿光谱在钢铁工业中应用优点之一在于激光诱导击穿光谱不仅适用于固态钢分 析［４－６］，同时还可用于液态钢的直接分析［ ７－ ９］。然而， 产生于液态钢和固态钢上的等离子体特性不一致。研究分析了产生于液态钢的激光诱导等离子体的温度和电子密度，并于同产生于固态钢中等离子体的温度和电子密度进行了比较，以便为激光诱导击穿光谱分析液态钢提供一些指导。 １ 实验部分 实验采用一个平凸透镜将Ｑ－开关Ｎ ｄ：ＹＡＧ激光（脉冲持续时间７ｎｓ，脉冲重复率１０Ｈｚ，波长１０６４ｎｍ）的辐射聚焦到样品表面，产生一个直径约１ｍｍ的斑点，从而对样品表面产生２００ｍＪ的脉冲能量。 在样品正常表面的入射激光的光轴中放置了一面涂覆有铝的穿孔镜子，等离子体中的发射光通过这面镜子进行反射，随后通过２０ｍ长的光学纤维束输送到配备有ＩＣＣＤ的３８０ｍｍ的Ｃｚ－ｅｒｎｙ －Ｔｕｒｎｅｒ光谱仪的入口狭缝中（宽度为６０μ ｍ）。然后通过ＰＩＮ光电二极管检测的散射消融激光起动时间分辨观察。通过数字脉冲发生器设置了观察的延长时间和栅极宽度。 在室温下，对固态钢样（日本钢铁有证的参考物质ＪＳＳ１７５－６）进行了分析。在液态钢的分析中，实验采用感应炉熔化了低碳钢，熔融钢的温度达到了１ ８７３Ｋ到１ ９２３Ｋ。在分析固态钢和液态钢两种试样时，都采用氩气吹样品分析表面。 — １—
原子吸收光谱法的原理
原子吸收光谱法 原子吸收光谱（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)，又称原子分光光度法，是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收，由特征谱线的特征性和谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。 中文名 原子吸收光谱法 外文名 Atomic Absorption Spectroscopy 光线范围 紫外光和可见光 出现时间 上世纪50年代
简称 AAS 测定方法 标准曲线法、标准加入法 别名 原子吸收分光光度法 基本原理 原子吸收光谱法(AAS)是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A，在线性范围内与被测元素的含量成正比： A=KC 式中K为常数；C为试样浓度；K包含了所有的常数。此式就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础
由于原子能级是量子化的，因此，在所有的情况下，原子对辐射的吸收都是有选择性的。由于各元素的原子结构和外层电子的排布不同，元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同，因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。 原子吸收光谱法谱线轮廓 原子吸收光谱线并不是严格几何意义上的线，而是占据着有限的相当窄的频率或波长范围，即有一定的宽度。原子吸收光谱的轮廓以原子吸收谱线的中心波长和半宽度来表征。中心波长由原子能级决定。半宽度是指在中心波长的地方，极大吸收系数一半处，吸收光谱线轮廓上两点之间的频率差或波长差。半宽度受到很多实验因素的影响。影响原子吸收谱线轮廓的两个主要因素：
基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究
基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统研究本论文课题来源于中国国家自然科学基金项目“新型红外瓦斯和一氧化碳检测仪的研究”、美国xx部项目“xxx”。研究了基于红外激光吸收光谱技术的气体检测系统,采用了可调谐二极管激光吸收光谱技术和腔增强吸收光谱技术研制了四套气体检测系统,检测了甲烷、乙炔、水汽、甲醛等气体。详细介绍了各检测系统的结构和原理,测试了系统的灵敏度、响应时间和稳定性等参数。第一章引言部分介绍了甲烷、乙炔、甲醛等气体的应用和危害,监测这些气体的浓度对于安全生产和环境保护具有重要的意义。 介绍比较了几种常见的气体检测方法:电化学法,催化燃烧法,气相色谱法和红外吸收光谱法。如红外吸收光谱法的优缺点:灵敏度高、响应速度快、寿命长、可以非接触式测量等,可以广泛应用于工农业生产、环境监测、医学诊疗和军事等领域。介绍了红外气体检测技术的种类、国内外发展现状和趋势。包括直接吸收光谱技术、光声光谱技术、腔衰荡光谱技术、腔增强吸收光谱技术和波长调制光谱技术等。 第二章是红外激光吸收光谱技术的理论部分:分子光谱理论和朗伯-比尔定律。气体分子红外吸收光谱产生的原因是分子内部振动能级和转动能级的跃迁,不同种类的气体分子具有不同的吸收谱线位置和强度,气体分子的光谱特征确保了红外气体检测技术的选择性。根据朗伯-比尔定律,待测气体分子对特定波长光强的吸收量与气体浓度有关。第三章主要介绍了基于近红外分布反馈半导体激光器(DFB激光器)和可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术的乙炔检测系统,详细介绍了系统结构及检测性能。 设计的电路部分包括高精度、高稳定性的DFB激光器驱动器,数字正交锁相放大器以及光电探测电路。驱动器的温控模块采用积分分离式数字比例积分微分算法,温控过程快速平稳,长期工作波动为±0.01oC,长期稳定性高;设计的数字正交锁相放大器以数字处理器芯片为核心,硬件电路简单、体积小、便于集成。比较了减法预处理电路和除法预处理电路两种信号处理方式,通过实验发现,采用除法预处理电路时,系统具有较低的检测下限。当积分时间为1 s时,阿伦方差为15.8 ppm~2,系统的检测下限为3.97 ppm;积分时间增加到68s时检测下限进一步降低为540 ppb。
激光诱导等离子体引燃MAG电弧的引弧特性研究
目录 摘要 ABSTRACT 目录 第一章绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2等离子基本特征和产生机制 (1) 1.2.1等离子体的定义 (1) 1.2.2电弧等离子体产生的机制 (2) 1.2.3激光等离子产生机制 (3) 1.2.4激光诱导等离子体的应用 (4) 1.3焊接电弧引弧现状的研究 (5) 1.3.1 TIG引弧的现状 (5) 1.3.2MAG/MIG引弧的现状 (6) 1.3.3激光等离子体引弧的现状 (8) 1.4选题意义及主要研究内容 (9) 第二章试验材料、设备及方法 (11) 2.1实验材料 (11) 2.2实验设备 (11) 2.3实验方法 (12) 2.3.1试验参数的设计 (12) 2.3.2焊接等离子光谱采集 (14) 2.3.3 熔滴过渡和等离子体形貌的采集方法 (14) 第三章复合焊接等离子体的诊断方法及物理特征的表征 (16) 3.1等离子体的诊断方法 (16) 3.2复合焊接等离子体光谱特征分析 (18) 3.3等离子体发射光谱的时间演化特性研究 (22) 3.4激光-电弧复合焊接等离子体参量的表征 (25) 3.4.1等离子体局部热力平衡判据 (25) 3.4.2等离子体的电子温度计算 (26) 3.4.3等离子体的电子密度计算 (28) 3.5复合焊接工艺参数对电弧等离子电子温度和电子密度影响规律 (30) 3.5.1电弧脉冲频率对电弧等离子体电子温度和电子密度的影响 (30) 3.5.2激光作用时间对电弧等离子体的电子温度和电子密度的影响 (32) 3.5.3热源间距对电弧等离子体的电子温度和电子密度的影响 (35)
激光诱导击穿光谱技术要点
激光诱导击穿光谱的原理、装置 及在地质分析中的应用 摘要 激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定量检测的分析技术。为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和发展现况以及这项技术的应用情况，在课堂学习和相关基础实验的基础上，通过查阅相关文献和书籍进行了分析、整理、归纳。文章从LIBS的由来、基本原理和实验装置进行了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。 关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析
The Principle and Device of Laser Induced Breakdown Spectroscopy and its Application in Geological Analysis ABSTRACT Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To comprehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology, the current development status of LIBS technology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBS are reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects. Key words:Laser Induced Breakdown Spectroscopy;elemental analysis;geological analysis
实验一红外吸收光谱法
实验一红外吸收光谱法 一、实验目的1．了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理2．掌握红外光谱分析的基础实验技术3．学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4．掌握几种常用的红外光谱解析方法 二、实验原理、方法和手段 （一）实验原理 不同波长的电磁辐射都具有相应的能量，在它与物质的相互作用中，如果其能量与物质的原子、分子或离子的低能态和高能态之间的能量差相同时，物质的 原子、分子或离子便选择性地吸收电磁辐射的能量，同时使自己从低能态跃迁到高能态。如果将透过某物质的电磁辐射用单色器将其色散，让它按波长顺序排列，并测量在不同波长处的辐射强度，就可得到该物质的吸收光谱。 波长在0.76 ym- 1000叩的电磁辐射称为红外光（infrared ray），该区域称为红外光谱区或红外区。红外光又可划分为近红外区（0.76叩?2.5叩或13158cm-1?4000cm-1）、中红外区（2.5 yn?50或4000cm-1?200cm-1）、远红外区（50ym?1000ym或200cm-1?10cm-1）。其中红外区是研究分子振动能级跃迁的主要区域。 红外区的光谱除用波长入表征外，更常用波数（wave number）c表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸汽压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 （二）仪器的基本结构及工作原理 1 ．光源 红外光谱仪（FT）中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射，如空冷陶瓷光源。随着科技的发展，一种黑体空腔光源被研制出来。它的输出能量远远高于空冷陶瓷光源，可达到60％以上。 2?迈克尔逊干涉仪 其作用是将光源发出的红外辐射转变成干涉光，特点是输出能量大、分辨率高、波数精度高（它采用激光干涉条纹准确测定光差，故使其测定的波数更为精确）、且扫描平稳、重线性好。
激光诱导等离子体光谱法
激光诱导等离子体光谱法 【摘要】激光诱导等离子体光谱分析是基于激光与材料相互作用物理学与光谱学的一项新兴物质成分和浓度分析技术，它是采用高功率激光器烧蚀材料产生等离子体，对等离子体辐射的光谱进行成分分析，可用于对固体、液体和气体成分以及浓度的测量。本文概述了激光诱导等离子光谱法的发展概况、基本原理、基本特性、仪器装置、应用方向和研究进展，并对该光谱法进行了展望。 【关键词】激光诱导等离子体；基本原理；研究进展 1.发展概况 激光诱导等离子体光谱分析（1aser-indueed plasma spectroscopy，简称LIPS）自1962年被报道以来，已被广泛地应用到多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA的火星探测计划CHEMCAM等，并且开发出了许多基于LIPS技术的小型化在线检测系统。 LIPS发展可以分为三个阶段：第一个阶段是至自1962年提出到70年代中期，主要是在于研发利用光电火花源产生等离子体的仪器。第二个阶段是从1980年开始，这种技术重新被人们重视，但实际应用仍然受到笨重的仪器阻碍。第三个阶段是1983年迄今，激光诱导等离子体光谱开始以缩写形式LIPS，开始被商业公司开发应用。这种趋势导致分析工作更加集中于发展坚固的、移动的仪器。此时光纤也被应用于LIPS系统中，主要用于将等离子体发射信息和激光脉冲耦合进光谱仪。[1] 近20多年来，LIPS测量技术在各个行业都有不同程度的应用。通过改进实验LIPS装置来提高测量精度。到上个世纪90年代中期开始，一些商业公司便开发出便携式半定量的成品仪器，LIPS仪器开始走向经济型商业化，从而更加有力地深入到各行业的应用中。[2] 2.基本原理 图1 等离子体演化示意图 脉冲激光束经透镜会聚后辐照在固体靶的表面，激光传递给靶材的能量大于热扩散和热辐射带来的能量损失，能量在靶表面聚集，当能量密度超过靶材的电离阈值时，即可在靶材表面形成等离子体，具体表现为强烈的火花，并伴随有响声。激光诱导的等离子体温度很高，通常在10000K以上，等离子体中含有大量激发态的原子、单重和多重电离的离子以及自由电子，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射，用高灵敏度的光谱仪对这些光辐射进行探测和光谱分析分析，就可以得到被测样品的成分、含量等信息。通常经过聚焦后的激光功率密度达到GW/cm2量级，光斑处物质蒸发、气
探针法对比光谱法的等离子体参数测量
探针法对比光谱法的等离子体参数测量 0730******* 黄志鸿 摘要：DH2005型直流辉光等离子体实验装置被广泛用于等离子体参数测量的教学实验。本文利用郎缪尔探针法测量了等离子体的电子温度，分析了压强、功率对等离子体电子温度的影响。并且在此基础上利用改变双探针对于等离子体相对位置的方法实现了利用此实验装置双探针测量等离子体横向各唯象结构相对参数，并且对比光谱法测量结果，提出自动化测量的实验方案。 关键词：等离子体郎缪尔探针光谱自动化 1.引言 等离子体（plasma），一种由电子和带电离子为主要成分组成的物质形态，整体呈电中性。宇宙中大部分物质是以等离子体的形式存在的，故等离子体常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体主要特点是其中长程的电磁相互作用起支配作用，等离子体中粒子与电磁场耦合会产生丰富的集体现象。 2.郎缪尔探针法测量等离子体的电子温度。 Langmuir 探针基本上可以认为是一根插入等离子体中的裸丝，与物理学中其他的“探针”相似，如“试探电荷”等等。一般要求这种探针对其所要测量的物理参量不会有较大的影响，但实际上，任何形式的测量都是对环境参量的一种改变。Langmuir 探针发挥作用的原理就在于其对周边局部环境的改变。由动量守恒定律，等离子体中质量远大于电子的离子，在速度上远小于电子，所以在极短时间内，探针上会积累相当数量的负电荷。从而使探针上电位与未受探针干扰的等离子体的电势为负值。这样的电势吸引正电荷，排斥负电荷，从而在探针表面形成了一个正的空间电荷层，称为离子鞘。离子鞘进一步增厚直至最终进入探针表面的正离子电流与电子电流的大小相等。此时探针的净电流为零，但这种体系是一种“动平衡”就像一个蓄水池一样，一根水管进入，一根水管流出，而总水量是不变的。这个鞘层是探针的“势力范围”，其内部所有的电子都会参与形成电流，当探针电压增大时，单位时间内有更多的电子被吸附到探针上，如果我们假设鞘层厚度不变，那么当探针电压增大到一定程度时，鞘层内部电荷是有限的，全部被吸附后，就不能继续增大，即出现了饱和电流。探针这种离子鞘的厚度一般可认为近似等于德拜长度，但在实际上这种近似并不确切.1 利用双探针测量等离子参数时，将探针电压负到正不断增大，得出双探针I-U曲线，利
紫外可见吸收光谱法
紫外可见吸收光谱法 开放分类：化学科学 收藏分享到顶[1]编辑词条 目录 ? 1 概述 ? 2 基本原理 ? 3 特点 ? 4 仪器组成 ? 5 应用 ? 6 影响因素 ?展开全部 摘要 紫外可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收10～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法，这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定量测定。该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好等特点。 紫外可见吸收光谱法-概述 图4.3
分子的紫外可见吸收光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析法。分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相关。紫外光谱的研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。如（图4.3），胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）分子结构差异很大，但两者具有相似的紫外吸收峰。两分子中相同的O=C-C=C共轭结构是产生紫外吸收的关键基团。 紫外-可见以及近红外光谱区域的详细划分如图4.4所示。紫外-可见光区一般用波长（nm）表示。其研究对象大多在200-380 nm的近紫外光区和/或380-780 nm的可见光区有吸收。紫外-可见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。该法仪器设备简单,应用十分广泛。如医院的常规化验中，95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。在化学研究中，如平衡常数的测定、求算主-客体结合常数等都离不开紫外-可见吸收光谱。[1] （图）图4.4 紫外可见吸收光谱法-基本原理 紫外可见吸收光谱的基本原理是利用在光的照射下待测样品内部的电子跃迁，电子跃迁类型有： （1）σ→σ* 跃迁指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被激发跃迁到σ*反键轨道 （2）n→σ* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向σ*反键轨道的跃迁 （3）π→π* 跃迁指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃迁到π*反键轨道。 （4）n→π* 跃迁指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能量后向π*反键轨道的跃迁。
原子吸收光谱法的原理
原子吸收光谱法 原子吸收光谱(Atomic Absorption Spectroscopy,AAS),又称原子分光光度法,就是基于待测元素的基态原子蒸汽对其特征谱线的吸收,由特征谱线的特征性与谱线被减弱的程度对待测元素进行定性定量分析的一种仪器分析的方法。 中文名 原子吸收光谱法 外文名 Atomic Absorption Spectroscopy 光线范围 紫外光与可见光 出现时间 上世纪50年代 简称 AAS 测定方法 标准曲线法、标准加入法 别名 原子吸收分光光度法 基本原理 原子吸收光谱法(AAS)就是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射,使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同,将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光,这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时,即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态(一般情况下都就是第一激发态)所需要的能量频率时,原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线,使入射光减弱。特征谱线因吸收而减弱的程度称吸光度A,在线性范围内与被测元素的含量成正比: A=KC 式中K为常数;C为试样浓度;K包含了所有的常数。此式就就是原子吸收光谱法进行定量分析的理论基础 由于原子能级就是量子化的,因此,在所有的情况下,原子对辐射的吸收都就是有选择性的。由于各元素的原子结构与外层电子的排布不同,元素从基态跃迁至第一激发态时吸收的能量不同,因而各元素的共振吸收线具有不同的特征。由此可作为元素定性的依据,而吸收辐射的强度可作为定量的依据。AAS现已成为无机元素定量分析应用最广泛的一种分析方法。该法主要适用样品中微量及痕量组分分析。