沈自所在激光诱导击穿光谱基体效应方面研究取得新思路

基体效应是指样品的化学组成和物理、化学状态的变化对待测元素的特征X荧光强度所造成的影响，大致可分为元素间吸收增强 效应和物理、化学效应。元素间吸收增强 效应与样品组成和仪器参数有关;物理效应主要表现在样品颗粒度、不均匀性造成的影响;化学效应主要表现在样品的矿物效应，即不同矿物形态对特征X荧光强度产生的影响。

近日，沈自所在激光诱导击穿光谱基体效应方面的研究取得新进展。科研人员发现基体效应在不同的实验参数下，对分析谱线的影响特性不同，其次，通过调节激光在样品表面的聚焦深度以及光谱仪的采集延时能够在一定程度上减弱基体效应的影响。

沈自所致力于金属冶炼、选矿等行业的元素成分在线分析的研究，并完成多项关键技术攻关任务，在仪器开发和示范应用方面创造了多项应用空白。

激光诱导击穿光谱法是一种新兴的定量分析技术，激光诱导击穿光谱(简称LIBS) 技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。超短脉冲激光聚焦后能量密度较高，可以将任何物态(固态、液态、气态)的样品激发形成等离子体，LIBS技术(原则上)可以分析任何物态的样品，仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。

再者，几乎所有的元素被激发形成等离子体后都会发出特征谱线，因此，LIBS可以分析大多数的元素。如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于评估每个构成元素的相对丰度，或监测杂质的存在。

在实践中，检测极限是：

a)等离子体激发温度的函数，b)光收集窗口，以及c)所观查的过渡谱线的强度。LIBS利用光学发射光谱，并且是该程度非常类似于电弧/火花发射光谱。

硬件构成：1064nm Nd:YAG脉冲激光器，脉宽约为10ns，经聚焦后能量密度达到1GW/cm。光谱仪包括分光部分和光电转换模块。

分析线是指原子光谱分析术语，原子发射光谱分析中被选作为定性、定量分析的那条谱线。该谱线的灵敏度高，选择性强。分析线通常选择共振吸收线作为分析线(analytical line)，因为共振吸收线一般也是最灵敏的吸收线。在测定某元素的含量或浓度时，所指定的某一特征波长的谱线，一般是从第一激发态状态下跃迁到基态时，所发射的谱线，即共振线。该谱线的灵敏度高，选择性强。

选择分析线需要综合考虑灵敏度、抗干扰性能等因素。在测定某元素的含量或浓度时，所指定的某一特征波长的谱线，一般是从第一激发态状态下跃迁到基态时，所发射的谱线，即共振线。但是，并不是在任何情况下都一定要选用共振吸收线作为分析线。在共振线受干扰严重时应选用其他线作为分析线。

拉曼光谱学是用来研究晶格及分子的振动模式、旋转模式和在一系统里的其他低频模式的一种分光技术。拉曼散射为一非弹性散射，通常用来做激发的激光范围为可见光、近红外光或者在近紫外光范围附近。激光与系统声子做相互作用，导致最后光子能量增加或减少，而由这些能量的变化可得知声子模式。这和红外光吸收光谱的基本原理相似，但两者所得到的数据结果是互补的。

通常，一个样品被一束激光照射，照射光点被透镜所聚焦且通过分光仪分光。波长靠近激光的波长时为弹性瑞利散射。

自发性的拉曼散射是非常微弱的，并且很难去分开强度相对于拉曼散射高的瑞利散射，使得得到的结果是光谱微弱，导致测定困难。历史上，拉曼分光仪利用多个光栅去达到高度的分光，去除激光，而可得到能量的微小差异。过去，光电倍增管被选择为拉曼散射讯号的侦测计，其需要很久的时间才能得到结果。而现今的技术，带阻滤波器可有效地去除激光且光谱仪或傅里叶变换光谱仪和电荷耦合元件(CCD) 侦测计的进步，在科学研究中，利用拉曼光谱研究材料特性越来越广泛。

有很多种的拉曼光谱分析，例如表面增强拉曼效应、针尖增强拉曼效应、偏极拉曼光谱等。

新闻来源：中国科学院沈阳自动化研究所

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