超声雾化辅助LIBS在线分析方法及集成化控制的应用研究

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激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种利用高能脉冲激光诱导击穿产生等离子体,通过分析等离子体的发射光谱来实现样品中元素成分检测的光谱分析技术。由于LIBS技术本身具备快速、高灵敏、多元素分析等独特优势,因而受到了普遍的重视。LIBS技术在液体样品金属元素检测方面有着深具潜力的优势,但在LIBS技术水体检测应用中,激光脉冲在水中直接击穿时的光吸收,等离子体产生的冲击波和气泡环境等因素,都给液体金属元素检测应用中LIBS的灵敏度和稳定性造成了不利的影响。针对上述问题所发展的信号增强LIBS方法,又往往无法保留LIBS技术自身连续、快速等特点,从而难以发展成海洋检测等领域中需要的连续、在线、高灵敏的水体样品检测技术。因此,本文提出了一种用于海水金属元素在线超声雾化辅助LIBS检测方法。该方法针对海洋水体金属元素现场检测对于在线、实时、精确、稳定、高灵敏等性质的需求,依据超声波雾化辅助LIBS技术的特点,实现了在保证稳定性和灵敏度的前提下,能够连续、快速的水体样品金属元素高稳定、高灵敏度的定性定量分析。依据所提出的方法设计实现了一套OUN-LIBS海水金属元素检测系统,系统的硬件由适配器、超声雾化辅助装置、光路三个模块组成,通过一个USB端口即可实现系统的全自动的控制。在参数优化和实验室实验的基础上,建立了定量反演算法,并提出了现场标准样校正定量分析方法,实现了高精度的在线定量分析。针对海洋科学调查的应用需求,开发了专用的全自动控制操作软件,具备硬件系统完整控制、实时光谱数据处理及显示、现场自校正、异常报警及保护等功能。实验室实验和现场海试的结果表明,本文所设计的OUN-LIBS系统针对目标海水金属元素的检测稳定性和检测限具备明显的优势。现场标准样校正定量方法准确,即使在海洋甲板现场环境中,系统也能保持非常好的稳定性、定量的准确性和长期工作可靠性等能力。未来,该系统有望在海洋科学调查、水体环境监测和工业水体检测等领域展开应用。
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