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纳米增强LIBS与磁场约束结合光谱特性及定量分析研究

2020-12-08阅读(103)

纳米增强LIBS与磁场约束结合光谱特性及定量分析研究

论文摘要

激光诱导击穿光谱技术（Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）是一种利用光谱信息对物质组成元素进行分析的技术,因重复性差、基体效应、自吸收效应大等缺点导致检测精度较低。研究发现通过提高光谱强度,改善谱线信噪比,可以有效的降低分析样品元素的检出限,提高定量分析精度。针对LIBS光谱增强和信噪比改善的需求,本文将磁场增强LIBS（magnetic enhanced LIBS,MF-LIBS）与纳米增强LIBS（nanoparticle enhanced LIBS,NELIBS）相结合,系统研究了结合方式下LIBS光谱信号特征及定量分析精度的变化情况。将0.3 T磁场与直径20 nm金粒子相结合应用于LIBS技术中,以纯铜为试验样品,Cu I 515.1nm为分析谱线,分析相比于传统LIBS技术,NELIBS与MF-LIBS相结合时增强因子和信噪比随激光能量的变化,以及等离子体电子温度和电子密度随光谱仪采样延迟时间变化的时间演化特性,并对产生变化的原因进行分析。结果显示结合方式下的光谱得到极大增强,信噪比改善明显。利用Mc-Whirter判据进行热平衡态的判定,结果显示实验均在热平衡态进行。以不锈钢为样品探究MF-LIBS结合NELIBS应用于LIBS技术时定量分析精度及Ni元素检出限的变化情况。选择Ni II 221.648 nm为分析元素谱线,Fe II 258.588 nm为内标元素谱线,利用不锈钢样品303、304、316、321光谱数据进行内标法定标曲线绘制。以标准光谱样品347光谱数据带入内标法定标曲线计算Ni元素浓度值,并计算所得浓度的SD、RSD、ARE、RMSEP等指标进行结合作用下定量分析精度评价。以黄铜为样品进行元素检出限定性分析,以内标法光谱数据进行Ni元素检出限计算分析。结果显示结合方式下Ni元素定量分析精度得到提高,检出限有效降低。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究背景、目的与意义
  •   1.2 激光诱导击穿光谱技术
  •   1.3 激光诱导击穿光谱技术的优势与不足
  •     1.3.1 激光诱导击穿光谱技术的优势
  •     1.3.2 激光诱导击穿光谱技术的不足
  •   1.4 LIBS光谱增强技术研究现状
  •     1.4.1 常规方法增强LIBS光谱研究现状
  •     1.4.2 纳米增强LIBS光谱研究现状
  •   1.5 本论文章节安排
  • 第2章 激光诱导等离子体特性及实验系统
  •   2.1 激光诱导等离子体简介
  •     2.1.1 等离子体定义
  •     2.1.2 激光等离子体产生机理
  •   2.2 激光诱导击穿等离子体的基本特征参数
  •     2.2.1 谱线信噪比
  •     2.2.2 等离子体电子温度
  •     2.2.3 等离子体电子密度
  •     2.2.4 定量分析
  •   2.3 NELIBS与磁场约束结合实验原理及系统
  •     2.3.1 激光诱导等离子体光谱增强机理分析
  •     2.3.2 NELIBS与磁场约束结合实验方案设计
  •     2.3.3 NELIBS与磁场约束结合实验装置介绍
  • 第3章 NELIBS结合磁场约束光谱特征参数分析
  •   3.1 合金元素光谱的定性分析
  •     3.1.1 谱线识别与选择
  •     3.1.2 不同约束下谱线对比分析
  •   3.2 光谱强度增强因子随激光能量变化分析
  •   3.3 光谱信号信噪比随激光能量变化分析
  •     3.3.1 背景及噪声计算
  •     3.3.2 信噪比随激光能量变化分析
  •   3.4 LIBS光谱时间演化特性分析
  •   3.5 电子温度时间演化特性分析
  •   3.6 电子密度时间演化特性分析
  •     3.6.1 洛伦兹拟合
  •     3.6.2 电子密度时间演化特性分析
  •   3.7 Mc-Whirter判据
  • 第4章 NELIBS结合磁场约束合金元素定量分析
  •   4.1 定量分析评价指标
  •   4.2 不锈钢成分定量分析
  •     4.2.1 内标法不锈钢定量分析
  •     4.2.2 绝对强度法（外标法）不锈钢定量分析
  •     4.2.3 Ni元素定量分析精度评价
  •   4.3 合金元素检出限分析
  •     4.3.1 元素检出限定性分析
  •     4.3.2 元素检出限定量分析
  • 第5章 总结与展望
  •   5.1 论文结论
  •   5.2 进一步工作展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 唐慧娟

    导师: 郝晓剑

    关键词: 磁场约束,纳米金颗粒,检出限,定量分析

    来源: 中北大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 物理学,无线电电子学

    单位: 中北大学

    分类号: TN249

    总页数: 71

    文件大小: 7372K

    下载量: 125

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