利用激光诱导击穿光谱技术定性分析矿石成分

1、 分析等特点。同时LIBS 为全光学方法,基本不需要对样品进行复杂的预处理,可以应用于多种环境,例如恶劣环境状况分析、生产线的产品加工监控以及采用小体积的激光器与光谱仪组成便携式分析系统用于岩石成分分析等。正因为LIBS检测技术具有显著的特点和广阔的应用前景,LIBS一直是若干年来国内外相关领域的研究热点1-6。虽然,国外应用LIBS 技术开发出多种测试系统并逐步被引入到国内,但LIBS 的应用在国内尚处在起步阶段,因此LIBS 技术的开发应用具有很大的潜力,例如LIBS技术可在野外矿产化探元素检测中发挥其快速检测与分析的特点。本文利用激光诱导解析光谱的方法,在利用一台微型光谱仪组成的小型化L

2、IBS 实验装置上对铜矿石样品进行了LIBS光谱研究,定性分析了矿石样品中的部分元素成分,为进一步进行定量检测与分析提供了依据。利用激光诱导击穿光谱技术定性分析矿石成分王智宏汪家升北京交通大学理学院1000442实验装置小型化的L I B S 实验系统由激发源、样品台、微型光谱仪和计算机等构成,如图1所示。其中激发源为小型化的固体脉冲激光器(BigSkyLaser,输出波长为1064nm,脉冲宽度6ns,最大单脉冲能量超过40mJ(240mJ 可调,重复率120Hz 可调;微型光谱仪(HR2000,OceanOptics的光谱响应范围为2001100nm,光谱分辨率优于1nm。从脉冲激光器射出

3、的激光光束经透镜(f=20mm被聚焦到矿石样品表面上,该聚焦区域(光斑直径<1m m ,峰值功率密度0.2G W /cm 2的样品材料被蒸发,造成样品材料的化学键断裂、化学元素被离化而形成局域等离子体(激光弧光,其中的原子和离子等在其弛豫过程中产生光辐射。发射的光谱经由光纤耦合到微型光谱仪中,所获得的光谱信号由计算机直接处理。激光器图1LIBS实验系统1引言激光诱导击穿光谱(LaserInduced BreakdownSpectroscopy,简称LIBS技术是一种借助于分析物质等离子体发光光谱而获取物质化学元素成分信息的测试手段,可实现对固体、液体、气体元素成分进行实时测量与定性/定量

4、分析,具有简单、快捷和可以同时对多种元素进行 的同步触发与光谱信号采集与处理都是在专门软件(LIBS2000环境中由计算机控制完成的。在此LIBS 实验平台上,光谱数据的采集与处理过程仅需数秒钟时间。3实验结果利用此LIBS 实验系统,我们对铜矿石样品进行了测量,激光激发脉冲能量为32mJ,重复率为5Hz;光谱仪采样延时3s。图2是标号为2K222的铜矿石样品的LIBS 光谱图。通过综合分析谱线的位置(中心波长和强度(检测信号计数值分布信息可以甄别样品中元素的种类。借助于光谱信号处理软件对此光谱图进行分析后发现:矿石样品中含有包括铜C u 、F e 、C a 、B a 等多种化学元素,这些元素

5、都有相对应的特征谱线,往往是具有波长不同的多条分立谱线,例如检测到Ca 元素存在315.8nm 和443.5nm 两条特征谱线,表1示例列出一些元素特征谱线波长值。由于受限于光谱仪的分辨率,在光谱图中部分元素的 表1检测到的元素种类及其波长谱线与其他元素的谱线相重叠,例如P m 元素与Sc元素在391.1nm处的特征谱线无法分辨开。各种元素的特征谱线强度分布不同,信号强度既与该元素含量有关,也与该元素的跃迁特性有关系。通过对已知元素的标准样品进行LIBS 光谱检测,建立不同含量与特征谱线强度的对应关系,可以在此基础上对待测矿石样品元素含量进行半定量或定量测量,相关工作正在进行过程中。4结论利用小型化的LIBS 实验装置,对铜矿石样品进行了LIBS 光谱研究,并对部分元素成分进行了定性分析。实验结果表明,LIBS 方法是一种快捷、方便的矿石