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激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)具有快速、原位、在线、全元素分析等独特优势，目前已初步应用在冶金工业、环境保护、地质勘探，太空探索和生物医学等领域。然而，自吸收效应会导致光谱强度减弱，严重的情况下，谱线中心产生下凹，形成双峰，称为“自蚀”。自吸收效应导致谱线强度与元素浓度的线性关系恶化，降低了激光诱导击穿光谱定量分析的准确性和精确度。严重影响了LIBS系统的分析性能，制约了该技术进一步发展和应用。
本论文针对自吸收效应这一难题进行系统研究，提出通过选择激光器的波长和改变环境气体的方法，针对几种典型元素(K、Na、Ca、Al和Si)等离子体发射光谱的自吸收效应，对其激发和膨胀的过程进行调控，从根源上扼制自吸收效应，取得的主要研究成果和创新点如下：
(1)基于等离子体产生的物理机制，通过对不同激光波长与材料相互作用机理的差异性研究，对比分析其激发产生等离子体的自吸收变化规律，获得最优的激光波长关键参数。选择了三种典型激光波长—紫外光(355 nm)，可见光(532 nm)和红外光(1064 nm)，以研究激光波长对LIBS自吸收效应的影响。研究发现，当激光波长为1064nm时，等离子体的电子数密度更低，基态粒子数更少，从而可以获得自吸收相对较弱的等离子体。相较于波长为355和532nm的激光，当波长为1064nm时，KI766.5nm谱线的FWHM分别降低了58％和22％，NaI396.2nm的分别降低了39％和23％。其他元素Si，Al，Ca的FWHM均有所下降。
(2)在采用1064nm激发波长并获得弱自吸收等离子体后，为了进一步扼制LIBS的自吸收效应，提出了通过调控等离子体的气氛环境实现对其膨胀演化过程的自吸收扼制。研究了氩气，空气，氮气，氦气对典型元素K、Na、Si、Al、Ca等离子体膨胀过程的影响规律。发现在氩气氛围下，等离子体的膨胀速率明显降低。由于氩气具有较低的电离能和较大的摩尔质量，因此有效减少了等离子周围基态粒子数。相较于空气条件下，氩气氛围下K、Na、Si、Al、Ca元素的自吸收系数从0.170，0.181，0.373，0.556，0.224提高至0.377，0.361，0.411，0.685，0.292。
(3)在优选1064nm激光波长和氩气环境从而双重调控等离子体产生和演化过程的基础上，对盐碱化土壤中高含量的钾和钠元素进行定量分析研究。相较于与传统LIBS，氩气氛围下可以很好的扼制自吸收效应对LIBS定量分析的影响。实验结果表明，采用氩气作为保护气时，土壤中K，Na元素光谱的定标曲线相关系数R2分别从0.936，0.959提升至0.994和0.995；RMSECV分别0.75wt.%，0.15wt.%改善至0.27wt.%和0.14wt.%；LoD分别从312.33μg/g，287.81μg/g降低至123.01μg/g和48.69μg/g。
本论文针对影响典型元素LIBS光谱自吸收效应的关键参量即激发波长和气氛环境展开研究，在1064nm激光激发作用下获的弱自吸收等离子体，并对其演化过程采用氩气环境进行调控，有效扼制了LIBS的自吸收效应，大幅提高了LIBS技术对盐碱地中钾和钠元素定量分析的灵敏度和准确度。该研究为克服LIBS的自吸收效应提供了一种新的方法和思路，将有力推动LIBS技术的工程化及应用。
本论文针对自吸收效应这一难题进行系统研究，提出通过选择激光器的波长和改变环境气体的方法，针对几种典型元素(K、Na、Ca、Al和Si)等离子体发射光谱的自吸收效应，对其激发和膨胀的过程进行调控，从根源上扼制自吸收效应，取得的主要研究成果和创新点如下：
(1)基于等离子体产生的物理机制，通过对不同激光波长与材料相互作用机理的差异性研究，对比分析其激发产生等离子体的自吸收变化规律，获得最优的激光波长关键参数。选择了三种典型激光波长—紫外光(355 nm)，可见光(532 nm)和红外光(1064 nm)，以研究激光波长对LIBS自吸收效应的影响。研究发现，当激光波长为1064nm时，等离子体的电子数密度更低，基态粒子数更少，从而可以获得自吸收相对较弱的等离子体。相较于波长为355和532nm的激光，当波长为1064nm时，KI766.5nm谱线的FWHM分别降低了58％和22％，NaI396.2nm的分别降低了39％和23％。其他元素Si，Al，Ca的FWHM均有所下降。
(2)在采用1064nm激发波长并获得弱自吸收等离子体后，为了进一步扼制LIBS的自吸收效应，提出了通过调控等离子体的气氛环境实现对其膨胀演化过程的自吸收扼制。研究了氩气，空气，氮气，氦气对典型元素K、Na、Si、Al、Ca等离子体膨胀过程的影响规律。发现在氩气氛围下，等离子体的膨胀速率明显降低。由于氩气具有较低的电离能和较大的摩尔质量，因此有效减少了等离子周围基态粒子数。相较于空气条件下，氩气氛围下K、Na、Si、Al、Ca元素的自吸收系数从0.170，0.181，0.373，0.556，0.224提高至0.377，0.361，0.411，0.685，0.292。
(3)在优选1064nm激光波长和氩气环境从而双重调控等离子体产生和演化过程的基础上，对盐碱化土壤中高含量的钾和钠元素进行定量分析研究。相较于与传统LIBS，氩气氛围下可以很好的扼制自吸收效应对LIBS定量分析的影响。实验结果表明，采用氩气作为保护气时，土壤中K，Na元素光谱的定标曲线相关系数R2分别从0.936，0.959提升至0.994和0.995；RMSECV分别0.75wt.%，0.15wt.%改善至0.27wt.%和0.14wt.%；LoD分别从312.33μg/g，287.81μg/g降低至123.01μg/g和48.69μg/g。
本论文针对影响典型元素LIBS光谱自吸收效应的关键参量即激发波长和气氛环境展开研究，在1064nm激光激发作用下获的弱自吸收等离子体，并对其演化过程采用氩气环境进行调控，有效扼制了LIBS的自吸收效应，大幅提高了LIBS技术对盐碱地中钾和钠元素定量分析的灵敏度和准确度。该研究为克服LIBS的自吸收效应提供了一种新的方法和思路，将有力推动LIBS技术的工程化及应用。