导向沉积富集与fs-ns双脉冲激发LIBS增强方法研究
激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS）技术作为一种快速微损定性定量分析手段，因其具有响应时间短、无需样品预处理、多元素同时分析等诸多优势，被广泛运用于各个领域，并获得不同程度的成功。然而，发展LIBS技术成为一种可应用于实际的检测手段，仍存在提升探测灵敏度的挑战。因此，本论文针对水中痕量金属离子和固体微创微量烧蚀，分别发展了相应的LIBS探测增强方法，达到了显著提升LIBS探测灵敏度的目的。 本论文围绕LIBS探测增强为中心，以水下金属离子LIBS探测和微创微区LIBS分析为研究对象，分别开展了“导向沉积增强”和“fs-ns双脉冲”激发的LIBS增强方法研究。其中，“导向沉积增强方法”是通过化学置换反应将水中铜离子定向沉积转化为固体铜单质，有效增加激光烧蚀质量，成功实现水下铜离子从无到有的LIBS探测，并且可实现亚ppb的水下铜离子探测。同时发现，导向沉积增强效果依赖于富集电压，最低可探测浓度随着电压的升高而降低，实验结果证明随着富集电压的升高（0V/30V/60V），水中铜元素的最低探测浓度会随之相应降低（5ppm/5ppb/500ppt），说明了富集电压的改变可有效调控水中LIBS探测金属元素的灵敏度。 “fs-ns双脉冲增强微区LIBS探测技术”是通过引入ns脉冲以reheat模式对fs脉冲烧蚀形成的等离子体再次激发，通过激励进而加剧粒子数反转形式达到对探测的增强，以实现灵敏度的提高。实验结果显示双脉冲的作用下，等离子体发光时间可以由fs单脉冲下的20ns显著延长至fs-ns双脉冲下的3000ns；实验参数优化后，发现LIBS信号的最佳信噪比（SNR）出现于较大脉冲间隔（>300ns），fs-ns双脉冲增强技术可在烧蚀斑尺寸为1.7、激光烧蚀质量为2.9pg下，相较fs单脉冲LIBS探测，完成近300倍的信号增强，最低探测质量降低近30倍。除此之外，论文还就双脉冲的增强机理进行了初步探索研究。 本论文针对水下痕量金属元素的“导向沉积增强LIBS探测方法”和微创微区LIBS探测的“fs-ns双脉冲增强方法”，二者均能够显著增强LIBS探测效果，有效提升LIBS探测灵敏度，研究结果将有望应用于海水水质监测及海洋沉积物分析，为LIBS技术实用化起到积极推动作用。
LIBS技术;富集电压;沉积作用;工作原理;海洋监测
中国海洋大学
博士
海洋信息探测与处理
郑荣儿;Richard E.Russo
2013
中文
X834;O657.319
112
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）