礦石樣品LIBS測試分析

1.LIBS激光誘導(dǎo)擊穿光譜

元素是物質(zhì)的基本組成成分，元素種類及其含量極大地影響著物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì).LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）是一種用于化學(xué)多元素定性和定量分析的原子發(fā)射光譜，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單、快速的多元素同時檢測技術(shù)。LIBS技術(shù)被譽為“未來化學(xué)分析之星”，因為它不需要樣品制備，幾乎無損、快速、安全的多元素分析，特別適用于碳、鋰、硅等輕質(zhì)元素的檢測。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜示意圖

2.LIBS工作原理

LIBS是將一束高能脈沖激光聚焦在樣品表面，當(dāng)激光輻照度超過樣品的擊穿閾值時，少量材料將被燒蝕和激發(fā)以產(chǎn)生等離子體。在激光脈沖結(jié)束時，等離子體迅速擴散并冷卻。激光誘導(dǎo)等離子體內(nèi)包含了電子、離子、原子、分子和微粒等，整體呈電中性。

LIBS光譜的動力學(xué)過程

此期間，處于激發(fā)態(tài)的原子和離子從高能態(tài)遷移回低能態(tài)，并發(fā)出具有特定波長的特征光輻射。用靈敏的光譜儀對等離子體發(fā)射光譜中的譜峰位置、峰強等信息進(jìn)行分析，識別樣品中的元素的種類和相應(yīng)的含量，可以進(jìn)行材料的識別、分類、定性以及定量分析。

能級躍遷示意圖

當(dāng)激光脈沖結(jié)束后，等離子體中被激發(fā)的粒子會從高能級向低能級躍遷，并發(fā)射特征譜線，波長λ可以表示為：

其中c為光速，h為普朗克常量，Ek為高能級的能量，Ei為低能級的能量。用光譜儀采集等離子體發(fā)射的特征譜線就會得到類似于下圖所示的LIBS光譜圖。通常我們認(rèn)為等離子體中各種元素的比例與燒蝕樣品的元素比例一致。通過分析特征譜線的強度，可以定量分析出樣品中各種元素的含量。

3.實驗

3.1實驗?zāi)康?/strong>

驗證LIBS系統(tǒng)測量Al,Ca,Si,Fe元素的特征波長是否匹配,并檢測出其它波長峰較為明顯的物質(zhì)。

圖1 樣品圖片

3.2實驗儀器列表

3.3實驗內(nèi)容

圖2 光路實驗示意圖

圖3 測量實驗設(shè)備圖

3.4實驗結(jié)果

數(shù)字標(biāo)號的樣品具有相似的特征激發(fā)譜線，根據(jù)它們譜圖中的特征峰值進(jìn)行元素定性分析：

金屬樣品：

金屬樣品具有相似的特征激發(fā)譜線，根據(jù)它們譜圖中的特征峰值進(jìn)行元素定性分析：

根據(jù)顆粒物的特征激發(fā)譜線圖中的特征峰值進(jìn)行元素定性分析：

3.結(jié)論

• 通過實驗結(jié)果可以看到，本次激發(fā)的所有樣品都能驗證出Fe,Ca,Si,Al元素的存在。