基于激光诱导击穿光谱的土壤重金属污染研究

摘要现代社会发展飞快，人类的一些活动污染了土壤。一些重金属元素随污水、废材渗入了地下水、空气、土壤中。通过循环最终又回到人体。这会对人体造成很大的伤害。因此，能够快速检测土壤中重金属污染物是很重要的。激光诱导击穿光谱就是一个很好的选择。它可以在线多元素同时检测。现在激光诱导击穿光谱已经在很多领域都有应用。通常情况下，激光诱导击穿光谱（英文简称LIBS）将能细分为两大类别，其中包含单脉冲LIBS，与此同时，还涵盖双脉冲LIBS。在此之中，后者实为当前尤为典型的光谱增强技术之一，不仅含有LIBS的诸多优势，又有效提高LIBS的检测能力。而双脉冲LIBS又包括共线型LIBS、正交再加热型LIBS以及正交预激发型LIBS检测。本文主要使用双脉冲LIBS的方式之一—正交再加热型LIBS，并基于下述方面进行研究：在此实验过程中，致力于构建科学完善的双脉冲LIBS系统，并持续完善两脉冲的空间位置关系以及各项实验参数。首先使用单脉冲检测出土壤中峰最明显的重金属元素—钴。通过MATLAB数据处理后得到在单脉冲LIBS检测下，钴原子的净信号，背景信号以及信背比。随后选用正交再加热型LIBS检测光路来检测钴原子在双脉冲LIBS情况下的净信号，背景信号以及信背比。对比单脉冲和双脉冲LIBS检测得到的数据后发现，双脉冲LIBS检测出的Co原子波形比较符合高斯分布。在双脉冲LIBS检测中，Co原子的净信号是单脉冲LIBS检测净信号的1.9倍。在双脉冲LIBS检测中，Co原子的信背比是单脉冲LIBS检测净信号的1.4倍。因此，双脉冲LIBS检测获得的结果要比单脉冲LIBS检测更加优越。关键词：LIBS；重金属；土壤；光谱；双脉冲；

目录摘要 11.1引言 11.2激光诱导击穿光谱简介 31.3单脉冲和双脉冲LIBS技术 31.3.1三种常见的双脉冲LIBS方案 61.4其他类型的LIBS检测简介 72双脉冲激光进行LIBS检测的设备及原理方法 92.1实验设备简介 92.2实验原理 112.2.1等离子体的基本性质 112.2.2布线轮廓及谱线展宽 142.3样品的定性及定量分析 152.3.1LIBS的定性分析 162.3.2LIBS定量分析 163实验过程介绍 193.1实验光路 193.2搭建光路 213.3装置参数及操作流程 223.3.2操作流程 224数据处理 254.1单脉冲LIBS数据处理 254.1时间演化 264.2脉冲能量对光谱的影响 284.3单双脉冲LIBS的对比 305.总结 321绪论1.1引言土壤的基本含义为：地球中存在的可促进多样化植物生长的疏松物质，其实为典型的不可再生资源。关于土壤，大家都知道土壤的根本作用是给生活在地球上的各种植物动物提供生长必须的要素—水和营养。植物的根也是通过土壤来延伸扩张。尽管现在水培也是一种种植方法，但是植物的生长不能离开土壤，土壤中发生的一次次生物、化学、物理反应都为植物提供了生长的条件。而如今，随着人类数量急剧增长，工业迅速发展，有害的废水渗透进入土壤，垃圾填埋及倾倒等一系列人类活动，将会使得土壤当中蕴含各种类型的有害物质，当多样化有害物质过分富集，则土壤将无法基于自身所含的净化能力对这些污染进行消化。因此，土壤在经由污染物的作用下将会改变自身的内在结构以及部分功能，一旦其中微生物所进行的活动受到污染物的制约，则将会使得有害物质过分聚集，并经由相应的循环作用进入人体，从而危及人类自身的身体健康。现如今，尤为典型的污染元素主要涵盖铜（Cu）、铬（Cr）、铅（Pb）、锌（Zn）、镍（Ni）、钴（Co）等。土壤污染和水污染不同，土壤污染是长期积累而成的。它隐蔽，初期不易被发现，潜伏的时间较长。我们知道，大自然和微生物等可以降解有机污染物。但是重金属化合物非常难以被分解。正因如此，受到重金属化合物的污染的生态环境是很难恢复健康的。中国人口数量多，地域面积大，但是人均占有的水资源很少。在世界上排名是比较落后的。在整体水资源暂不足够的情况下，农业灌溉用水又被工业用水、城市生活用水占用。特别是北方地区，还面临干旱的恶劣天气。因此，如果无法提供充足的农业灌溉用水，则将必须基于污水灌溉等基本方式进行弥补。但是现今进行污水灌溉的污水，通常并未经过严格的处理。污水中的重金属元素污染了土壤，地下水和农作物。农作物中若含大量重金属则会导致农作物生长紊乱，会导致农作物品质下降，产量降低。例如铅元素超标会使植物氧化，光合作用受到影响从而妨碍植物的生长。除此之外，铅元素会对人的脑细胞造成非常大的伤害。导致智力下降，生长缓慢。而且人类通常无法代谢此类元素。当处于自然界环境下，Cr往往表现为三价亦或为六价，但当处于水溶液环境下，Cr往往表现为六价形式。值得一提的是，六价铬将会对人类的身体健康带来不利的影响。故而若废水中存在六价铬，则长此以往，这些六价铬将会于土壤当中富集，从而不利于植物的正常生长发育[2]。不仅如此，六价铬还会和植物体细胞当中所蕴含的蛋白质充分结合，并加速细胞衰亡，还可能致癌。因此防治土壤重金属污染是全世界都加以重视的科学研究。现如今，针对土壤中所含的重金属，进行科学检测的典型方法如下：（1）电感耦合等离子体发射光谱法（英文简称ICP-OES）对于此类方法而言，其将可在同一时间，针对多样化元素进行科学有效的精准检测，并表现出尤为广阔的线性范围，其也由此成为实验室元素分析的首选方法。在原子光谱分析技术的众多方法中，ICP-OES已经获得较为广泛的多方位应用。值得一提的是，原子发射光谱法主要基于表现为激发态的某特定待测元素原子，返回至激发态时而发射的相应特征谱线，以此针对指定元素进行科学合理的综合分析。在此过程中，一般涉及到三大环节。其一，激光器发射一定的能量使得样品转化为气态，并由此形成生光辐射；其二，借助复合光径单色器的作用，将此光辐射分解从而获得分谱线，并产生基于波长的依次顺序而构建的光谱。其三，借助检测器的作用，针对谱线的实际强度及其波长，进行较为深入的细致检测。它的发展历程最初是由Brewster等在19世纪初期发现的原子发射现象，1928年，Lundegardh发现了火焰光度分析法。20世纪40年代，性能优良的光电直读发射光谱仪应运而生，打破以往测试元素种类的局限性。20世纪60年代，由于极具科学性的原子吸收光谱法的问世，有效减少原子发射光谱的应用数量。20世纪70年代，曾有学者成功研发出等离子体发射光谱仪，使ICP-OES分析技术再度发展壮大并且扩大了其的应用范围。总的来说原子发射光谱仪的发展历程就是人们寻找高温稳定光源的过程。（2）高效液相色谱法这种方法主要将表现为多样化极性的溶剂，全部注入固定相色谱柱之中进行分离。从而探测出测量样品成分的技术。这种技术可以对大部分有机化合物进行检测。可重复利用，方便回收，不会对样品产生损耗。但是样品的预处理时间较长，不能达成实施快速测量的要求。（3）原子荧光光谱法原子荧光光谱法（AtomicFluorescenceSpectrometry,简称AFS）主要基于基态原子，成功吸收处在一定频率区间的辐射，并于激发时以光辐射的形式发出特点波长（紫外和可见光区）的荧光，根据荧光强度在分析的方法若原子荧光的波长与吸收波一致，则称为共振荧光，反之称为非共振荧。

1859年，学者Kirchhoof在针对太阳光谱进行深入研究时，即同时针对原子荧光理论进行科学的综合研究，1902年，学者Wood发现钠附带原子荧光，在此之后，20世纪20年代，愈来愈多的学者开始针对原子荧光进行如火如荼的深入研究，并由此发现一系列元素所携带的原子荧光。学者BOGROS曾经借助于锂火焰的作用，成功激发锂原子自身所含的荧光。1912年，学者WOOD曾经借助于汞弧灯的作用，针对一定含量的汞蒸气进行辐照，由此发现汞所含有的原子荧光。此外，学者Nichols还曾借助火焰原子化器的作用，针对钠、锶以及钙等各类元素所含的原子荧光信号进行成功测出。1934年，学者Mitchll曾经针对研究初期所涉及的原子荧光，进行科学合理的概括。1962年，学者阿克玛德曾经提出一种可针对原子荧光所含的量子效率，进行有效测量的根本方法，并提出此方法将能适用于未来的元素分析。1964年，学者威博尼尔，曾经将火焰原子荧光光谱法定义为优良的化学分析方法，并据此获得原子荧光所秉持的方程式，此外还据此针对汞以及镉所含有的原子荧光，进行较为深入的细致分析。当前时期，全球食品安全领域针对多样化元素所进行的分析，并非局限于针对元素总量进行精准检测，而且针对某特定元素的基本形态以及其所呈现出的价态，进行科学合理的分析。这是由于，即便为相同元素，在呈现出各异的形态时，往往也会表现为差别化的化学性质以及相应的毒理性质。本文以砷元素为例，当其处于自然界环境下，通常表现为两类形式，即有机砷以及无机砷，在此之中，无机砷表现出显著的毒性，例如：砷酸盐等；而对于有机砷而言，其中所含的一甲基砷化合物等物质依然含有剧毒。但是相较于无机砷而言，有机砷所含的毒性相对较低。此外，砷甜菜碱等物质并不存在毒性。由于AFS可达到良好的化学蒸汽分离效果，故而广泛适用于针对砷、铋、硒以及锗等一系列元素，进行较为精准的测量。AFS的本质实则为典型的光致发光技术。元素原子在辐射能激发下，将能自本来的低能态逐步跃迁到高能态，在此情况下，若其可迅速跃迁返回低能态，则将会发射荧光。在此过程中，荧光表现出的强度往往和元素的实际含量息息相关。其不仅谱线较为简洁，而且不会受到过多来源于元素彼此间的实际干扰。[5]但是可测定的元素比较少，对样品酸度要求高。且易受散射光的干扰。（4）原子吸收光谱原子吸收光谱法（英文简称AAS），这种方法通常又被人们称之为原子分光光度法，其主要基于某特定待测元素所含的原子蒸气而成功吸收的相应特征谱线，对于谱线所表现出的削弱程度，以此来针对待测元素进行科学合理的分析。正是因为原子吸收带宽较窄，故而含有较强的选择性，此外因为含有第三组分，故而等离子体的自身温度将极不稳定，这将会对原子发射谱线产生极为深远的影响。相比之下，原子吸收光谱相对较小，受背景影响也小，所以其还具有很强的抗干扰能力。1955年，澳大利亚科学家A.Waish解决了原子吸收光谱的光源问题，并发明了原子吸收光谱仪，1959年，著名学者苏联里沃夫有效增强原子吸收过程中的灵敏度，并将连续光源以及中阶梯光栅彼此间进行良好衔接，再借助于光导摄象管等元件的作用，成功获得科学健全的原子吸收分光光度计。在此过程中，微机控制使得现有的仪器结构更具简单化，并有效改善精确度。元素的原子会吸收光源中的特定波长的光，这样的原子吸收光能后，它就会变为激发态。我们可以把得到的光谱与标准浓度的吸收光谱对比之后，就可以对样品的元素分析含量。2016年，王天顺等人利用石墨炉原子吸收光谱法对土壤中的铬和铅进行了定量分析和含量空间分布。还得到了元素的变异系数。[6]但是，若运用此类方法，将难以在同一时间针对多样化元素进行科学精准的检测。（5）X射线荧光光谱分析若将能量以及波长均保持固定值的X射线光子作用于激发原子，则原子的内层电子通过共振将可实现电离。此时外层电子处于高能态，当跃迁回低能态时，就会放出X射线荧光。而且X射线荧光光子频率不同。这是由内层电子的能级差决定的。尽管X射线的分析速度高，但是辐射对人体有害，灵敏度不高。由此可见，若能针对土壤中所含的一系列污染物，研究获得迅速精准并科学完善的检测技术，则对于后期环境的治理将尤为关键。在此背景下，激光诱导击穿光谱技术（英文简称LIBS）应运而生，其将可针对多样化元素进行科学的定性分析以及必要的定量分析，此外操作过程尤为便捷[7]。近年来，各学者针对LIBS技术所进行的研究，已经构建出科学完善的体系，并在多样化领域中获得较为广泛的多方位应用。在本篇论文中，主要针对土壤样品所含的重金属元素，进行较为深入的细致分析和精准测量，并由此找出更为适宜的检测方法。1.2激光诱导击穿光谱简介1962年，学者Brech希望可将激光当做为激发源，从而分析待测样品的成分。在这种思想的指引下，LIBS技术应运而生。这项技术在数秒钟就能得到结果，也具有多种元素，同时检测等等优点。正因如此，LIBS技术才备受各个领域的关注。从本质上而言，LIBS技术属于当前极为优良的分析检测技术之一。激光的诞生让LIBS技术发扬光大。1963年，曾有学者借助LIBS技术针对光谱表面进行科学分析，并获得良好成效。在此之后，学者Maker[8]曾经借助LIBS技术对气体进行细致分析。而于1963年，学者Runge[9]曾将此技术作用于金属探测领域，同样获得卓越的效果。此后，全球学者纷纷致力于针对LIBS技术进行如火如荼的深入研究。二十世纪激光诱导击穿光谱的出现帮助人们解决了如何快速检测样品元素的问题。LIBS的关键是利用激光的高能量将样品表面的元素激发成高能等离子团，这些高能粒子在冷却时会发光，不同的元素会发现出不同的光，用光谱仪采集这些特征谱线从而分析样品当中的元素。如果基于结构进行细分，则LIBS检测将能细分为两大类别，其中包含单脉冲LIBS，与此同时，还包含LIBS，以下内容将分别从单脉冲LIBS、共线型双脉冲LIBS和正交型双脉冲LIBS这些原子光谱的检测当中，选取光路的结构、等离子体发光特征和以往的一些应用进行介绍说明。1.2.1LIBS的国内外研究现状现如今，以分光系统为例的多样化技术，日益获得相对稳定的蓬勃发展，在此背景下，全球学者对于LIBS所获得的研究成果愈来愈多，并且应用范围也逐步趋于广泛。其中，美国DIAL实验室借助LIPS技术的作用，成功针对烟气进行实时测量，并由此构建出科学完善的小型烟气在线分析仪。此外，意大利以及美国等发达国家，曾经联合推出小型LIBS2500plus系统，这项系统在如今已经实现商业化。不仅如此，2009年，美国成功发射的火星科学实验室（英文简称MSL），也辅助搭载了性能优良的LIBS仪器ChemCam，这项仪器主要作用于针对火星岩石的基本成分，进行迅速并精准的科学分析。对于中国而言，其在此方面所开展的研究相对较迟，并大多停留于较为浅显的表面。例如：基本原理、脉冲能量以及压强数值等一系列试验条件，相对于等离子体而产生的直接影响等。学者崔执凤曾经针对激光诱导等离子体所含的时间以及空间分辨的基本特征，进行科学合理的综合分析。与此同时，还针对基于外加静电场的环境下，已经过激光诱导所获得的等离子体，而表现出的离子特性以及相应的电子特性，进行较为深入的实验研究。学者袁平曾经针对激光参数以及相应等离子体彼此间存在的内在关系，进行较为深入的细致分析。不仅如此，此学者还基于多样化激光功率密度的环境下，针对经由金属而形成的等离子体所表现出的漂移速度等参数，进行深入的科学分析。中国亓洪兴博士，曾经持续完善现有的LIBS仪器设备，并借助于常规的CCD探测器，针对某特定的等离子体光谱进行科学有效的测量，再借助LIBS定量分析法进行科学分析，以此获得较为良好的成效。当基于此设备针对土壤中所含的一系列污染物，进行科学有效的定性分析，则将能获得相对良好的分析效果。学者李静曾经借助LIBS技术的内定标法，针对水中所含镁以及钾的实际含量，进行科学合理的定量分析，由此得知，这些元素所含的特征峰强度，与自身的含量彼此间呈现出尤为显著的线性关系。在此之后，该学者还针对不锈钢当中所含的铝、钴以及钛等一系列微量元素进行科学测量，并获得较为良好的效果。学者姚宁娟曾经基于冶金炉，针对性研制出性能优良的LIBS仪器，极具现实意义。1.3单脉冲和双脉冲LIBS技术LIBS通常可细分为两大类别，即单脉冲以及相应的双脉冲。其中，前者主要针对单一等离子体所涉及的光谱，进行科学合理的细致分析。由此将可进行LIBS检测。各种的LIBS检测都是在这方面的基础上进行改进的。单脉冲LIBS的检测结构。其空间结构是调Q激光器发出的高能脉冲垂直照射到样品表面，期间经过透镜将能量汇聚到样品表面。如图1.1所示，单脉冲LIBS检测是利用高能量的激光在样品表面将样品表面的原子、分子、离子激发成等离子团，而当处于等离子团冷却时，表现为高能级的粒子将会逐步跃迁至相应的低能级，此时等离子团就会发光，在通过光纤采集元素发出的特征谱线来分析样品中的元素。通过分析产生的等离子体的光谱，从而分析样品。单脉冲LIBS对样品的破坏小，检测灵敏，过程迅速。由于这些优点，单脉冲LIBS更适合于文物类，现场勘探等鉴定。这也正是单脉冲LIBS近几年研究的热点方向。而且在一些论文和研究中，单脉冲LIBS经常被拿来与双脉冲LIBS相对比。但是，对于单脉冲LIBS而言，很多因素都能导致结果出现问题。这样就显得在检测精度就有些逊色。相比之下，双脉冲LIBS提高了谱线强度，减少了测量误差。双脉冲LIBS如图1.2所示，其和单脉冲所秉持的原理基本一致。首先，激光器会向某特定样品表面发射相应的脉冲激光，一旦灼烧完全则将会形成等离子体。其次，当等离子体已经逐步膨胀并冷却时，将应通过激光对其二次激发。基于检测第二次激发的等离子体辐射光谱来分析样品元素。图1.1单脉冲LIBS检测的光路图图1.2双脉冲LIBS检测的光路图第二束激光第一束激光计算机光谱仪样品透镜全反镜激光器激光器

图1.2双脉冲LIBS检测的光路图第二束激光第一束激光计算机光谱仪样品透镜全反镜激光器激光器1.3.1三种常见的双脉冲LIBS方案三种常见的双脉冲LIBS方案如图所示：（1）共线双脉冲，如图所示，共线双脉冲LIBS检测的原理大致与单脉冲LIBS检测原理相近，先使第一束激光激发样品表面等离子体，再使第二束激光发出，增强等离子体的发光能力，然后通过光谱来采集等离子体冷却产生的特征谱线，从而分析样品中的元素。相比较正交型双脉冲LIBS，共线型LIBS的特点是能够检测空间结构，而且实验光路简单便于调节。因此非常适用于在线检测多元素物质。而且有文献分析表明使用共线双脉冲LIBS检测铝合金中元素Mn和元素Cr相比单脉冲激光其光谱的信号强度增强分别为14.3倍和17.2倍。而且对比于正交型共线型对样品的损耗更小很适合对生物样品检测，有研究表明共线双脉冲检测铬元素的光谱增强倍数是单脉冲的1.4倍左右，但是通过检测水稻中的铬元素的含量实验说明其降低系统的检出限的能力相比于正交型较差一些。（2）正交再加热型双脉冲LIBS检测所秉持的基本原理如下：首先，激光器会向某特定样品表面发射相应的脉冲激光，一旦灼烧完全则将会形成等离子体。其次，基于平行方向通过激光对其二次激发，使其照射至经由上述步骤所得的等离子体中，促进其二次激发。由此得知，此类检测方式基于空间结构应该满足两束相互正交的激光光束。以样品表面为基准，两束激光必须分别与其平行和垂直。基于两束激光照射的先后顺序来进一步划分检测的类别，其中垂直于样品表面的激光光束先入射的称为再加热型。（3）正交预激发型双脉冲LIBS检测的原理是：一束激光光束，沿着平行于样品表面的方向，先激发出空气等离子体。本论文使用的正交型双脉冲LIBS中的加热型去讨论影响谱线的强度的因素。现阶段的众多正交型的双脉冲激光LIBS大多使用的是再加热的类型去设计实验，相关实验包括对粉末和固体等样品的检测。如对黄连药材粉末样品当中铁原子、铝原子和钙离子的元素进行检测和对天然玉石样品中铁元素进行检测都有着良好的检测效果。相比于单脉冲LIBS检测来说正交双脉冲LIBS检测提高了检测装置的稳定，同时也延长了检测元素的特征谱线的衰减时间以及提高了谱线的信背比，在相同的样品损伤条件下可以有效地提高了检测灵敏度。在今后在快速检测样品的过程当中起着十分重要的作用。1.4其他类型的LIBS检测简介经过科学技术的日益飞速发展，激光诱导击穿光谱在一定程度上也得到了很大的发展，并且，在日后的应用当中其技术也会日益成熟。以往的LIBS检测技术不能够远距离精确采集样品信息特性，在这个基础上，对LIBS检测进行了改进，人们主要将飞秒激光器当做为LIBS。而前文LIBS所选择的激光光源主要是调Q激光器，但是相比于飞秒激光器来说，脉宽为ns的激光光束在作用在样品表面的时间很长，飞秒激光作用在样品的时间很短。就稳定性而言，当使用飞秒激光器来做激光诱导击穿光谱时，稳定性会更好。现阶段比较成熟的技术是飞秒成丝激光诱导击穿光谱。这项技术可以突破以往LIBS检测当中的能量衰减规律，这样就能实现在远的距离检测样品的性质。尽管飞秒LIBS检测技术具有比较稳定的检测性能，并且相比于传统检测方式，这项检测方式更容易实现多次重复试验来进行检测，但是相比较双脉冲LIBS检测这种比较成熟的检测手段，飞秒LIBS检测这种检测方式在实际应用当中的很多方面需要较多的改进，从而来提升该检测手段的检测精度和检测灵敏度。图1.3共线型双脉冲LIBS的光路图图1.4正交再加热型双脉冲LIBS检测原理图图1.5正交预激发型双脉冲LIBS基本原理示意图

2双脉冲激光进行LIBS检测的设备及原理方法双脉冲激光进行土壤的LIBS检测实验仪器主要包括激光器，光谱仪，DG654三部分。第一束激光光束经反射镜反射后，经过一面透镜直射到土壤样品表面，激发出等离子体。第二束激光经透镜后射在第一束激光激发出的等离子体上。2.1实验设备简介（1）激光器在此实验中，主要选择Beamtech镭宝激光器与Q-smart850激光器，两者均为Nd:YAG调Q激光器。详见图2.1。图2.1镭宝激光器图2.2Q-smart850激光器Beamtech镭宝激光器发射出来的激光可以用来激发等离子体。Q-smart850激光器发射出来的激光照射到第一束激光激发出的等离子体上。一般激光器的工作原理是：激光器的灯光是由泵浦灯提供的连续灯光，这种连续的光可以为工作物质提供能量，当工作物质吸收了足够的能量之后，激光器中的粒子数发生反转。粒子向下跃迁发光，发出的光在谐振腔内振荡选模之后，激光器即可输出激光。而调Q激光器的原理是依靠脉冲氙灯提供能量，让能量积累在工作物质当中。其中Q开关的作用是提高腔内阈值，这样能让工作物质积累更多的能量。当打开Q开关之后，阈值降低，激光器就能输出一个高能量脉冲。这两台激光器的波长都为1064mm，镭宝激光器所能达到的激光脉宽仅为8ns，相比之下，激光器所能达到的激光脉宽高达15ns，并且激光的单脉冲能量为0~800mJ可调。（2）光谱仪本实验中，元素发出的特征谱线，由光谱仪来采集。在此实验过程中涉及的光谱仪，详见图2.3。通常情况下，光谱仪主要涵盖1个入射狭缝以及对应的出射狭缝，外加两个反射镜、衍射光栅、汇聚镜和准直镜组成的。等离子体发出的特征谱线经过狭缝之后进入到光谱的检测系统当中，光纤经过第一个反射镜之后，将光线反射到准直透镜上。光线经过透镜后到达衍射光栅。根据光栅具有分光的特性，经过光栅分光后，光线就反射到汇聚镜。汇聚镜将光汇集，汇集出的光经过第二面反射镜产生反射光，随后反射光被反射镜反射到出射狭缝，这个狭缝可以将其他无用的谱线都过滤掉，只保留下有用的信息。图2.3光谱仪ICCD采集经过狭缝后射出的光。ICCD可以用来分析元素的特征谱线。本论文当中，使用到的光谱仪（Andor,SR-750-A-R）的光栅有三种选择。分别为150L/mm,1200L/mm,1800/mm三种光栅。光谱仪的入射狭缝为0.06mm，采集用到的ICCD（Andor,iStarDH3）增益设置为0~4000。石英透镜的焦距为f=100mm。（3）DG645DG645通常又被称之为数字延时发生器，其主要经由高精度电路形成表现为TTL幅值的对应脉冲，并对其进行必要的数字化控制以延迟输出。事实上，DG645不仅能够进行内部触发，而且能够实时接收外部触发，并对其进行科学合理的时序控制[10]。此外，标准主机所涉及的前面板，累计含有高达5个的BNC输出端口，依次为T0、AB、CD、EF、GH。并且振幅、偏置和性可调。2.2实验原理2.2.1等离子体的基本性质在高温情况下，粒子的运动会大大加强，粒子间会发生碰撞，而这种碰撞是非常强烈的。气体电离出的电子、粒子、中性原子共存，是一团整体呈中性的气体。此时这团整体呈中性的气体叫等离子体。等离子体的产生如图2.4所示。激光灼烧样品表面，其表面的受热电子变成自由电子，当处于充足的激光照射条件下，将可产生等离子体。激光束激光束聚焦透镜聚焦透镜样品等离子体样品等离子体图2.4激光诱导等离子体产生流程基本示意图LIBS技术将可使得能量密度高达107W/CM2的激光充分聚焦至指定的样品表面，在此之后，被激发的物质因为吸收了激光的能量进而发热融化产生从而等离体[11]。如图2.5所示等离子体的产生和演化的五个阶段:(1)激光与样品耦合阶段：此时，待测样品会把激光能量吸收。脉冲的能量、波长、脉宽会影响这个过程。待测样品的性质和环境的温度也会影响这个过程。(2)熔融、气化和击穿：样品在吸收激光的能量后气化或是液化，样品气化后会喷溅物质，释放自由电子并继续吸收光子的能量并产生了光子电离、热电离、碰撞电离。激光击穿是一个比较复杂的过程。根据动量守恒定律，电子在运动的过程中将会出现碰撞，这种碰撞将能细分为两大类别，其中包含弹性碰撞，此外还涵盖非弹性碰撞。当出现前者的情况时，电子运动过程中所产生的损失量将相对较少，后者则相对较多。被激发的电子，分子激发到高振态。基于上述内容，将能得知电子数降低的核心因素如下：①其一，电子已经脱离雪崩区；②其二，电子和正离子彼此间充分结合；③其三，负电性分子已经成功捕获相应的电子。综合以上几种因素，将能得知，电子密度ne表现出的变化速率，详细如下dnedt=k在上述公式中：kine-kane-分子被捕获kdne-电子krne2-电子和图2.5但是，若脉冲激光的脉宽窄，则将能忽略krne2。若针对方程（2-1）进行积分，lnnebneo≤(ki-k在上述公式中：nebneoτL若中性原子相较于电子所得的密度比已经为0.001，则此时将出现击穿效应，并且击穿效应超过neb(3)膨胀阶段：如果光子不再由激光脉冲提供，那么等离子体会被冷却。等离子体内部压强比外部大气要大，等离子体还会膨胀，膨胀的同时还有冲击波和爆裂的声音。(4)辐射阶段：原子能级的分布图如图2.6所示，随着等离子体的不断膨胀等离子体的温度也降低，粒子也会吸收来源于光子的能量，并由此跃迁至相应的高能级。此时若粒子再次跃迁至低能级，则在此情况下，不同的元素的粒子能辐射出不同的特征谱线。如图2.7，但是一开始等离子体会产生很强的连续背景光谱，并覆盖元素形成的分立特征谱线，此时已经超过原子离化限的某特定区域，将可看作为能量连续区，此区域的原子能级并不间断；与此同时，离化限下方位置所靠近的区域即为所谓的准连续区，此区域主要涵盖常态原子所涉及的各个能级，若等离子体的实际温度数值较高，则意味着电离程度越为显著[12]。值得一提的是，基于准连续区以及基态彼此间实则含有多样化分立能级，详见图2.3：不仅如此，其还会形成四类跃迁，即自由─准连续跃迁、自由─束缚跃迁、自由─自由跃迁、束缚─束缚跃迁。图2.6原子能级的分布图图2.7分立能级分布图(5)冷却形成烧蚀坑：膨胀的过程中电子不断与其他粒子发生碰撞，电子的碰撞速度逐渐减小，这时等离子体也逐渐冷却下来，最后电子与离子结合成中性的原子，等离子体也逐渐消失并留下烧蚀坑。2.2.2谱线轮廓及谱线展宽基于实验将可得知，当基于原子吸收以及发射光谱当中，所涉及的谱线均存在某特定的形状轮廓，此轮廓即为谱线轮廓，详见图2.8：图2.8谱线轮廓图在强度最高点的强度为I0，频率为v0，谱线宽度为∆v=v2当处于理想状态下，等离子体所涉及的光谱线，宽度应当极窄，并能针对元素所含的归属信息进行一一匹配，不可能出现展宽情况。在实际情况中，获得到的光谱信息会被展宽因素所影响。这样的话，谱线信息的叠加就会失真。这一现象还会在定性、定量过程中影响到LIBS技术的数据分析，以下介绍几种展宽：（1）多普勒展宽：其通常又被称之为高斯展宽，当处于等离子体的中心位置时，高温环境下的粒子辐射光子将会围绕探测器进行一系列无规则运动[13]。普勒展宽的光谱谱线轮廓线型呈高斯(Gauss)分布。宽度约为10-4~10-3nm。其半高宽Δλ公式详细如下：∆λ=7.16×10-7λ0（在上述公式中：T-代表温度；M-代表辐射离子的原子量；λ0-主要代表谱线峰波长（2）斯塔克展宽：通常情况下，电场将会使得等离子体自身所含的光谱谱线出现分裂现象，并由此使得谱线自身的强度中心出现偏移，这种行为即为所谓的斯塔克效应。上述谱线往往表现出洛伦兹线型。其分裂裂距将能基于下述公式进行计算[14]:∆ve=αE在上述公式中：E-主要代表外加平均电场场强；α-主要代表单位场强的实际值得一提的是，上述所得裂距通常会由于电场强度的提高而随之攀升。当基于电场作用下，此谱线所含的半高宽，需要基于公式（2-5）进行深入计算[15]：∆vi=1.25cEi=3.25在上述公式中：Ei-主要代表离子i所处的n-主要代表带电离子的实际浓度；Z-主要代表离子电荷；（3）自然展宽：因为激发态的原子或离子在原子内振动时受到阻尼力作用，使得原子或离子寿命不确定并造成谱线自然展宽，一般来说能级越宽，寿命越短，谱线也越宽，自然展宽的光谱谱线轮廓呈洛伦兹(Lorentz)线型，宽度约为10-6~10-5nm，一般情况下比其他类型的展宽低几个数量级，在LIBS检测技术中可以忽略不计，但是在低气压气体环境下，自然展宽占谱线展宽的主要机制，不可以被忽略。（4）共振展宽：也叫做Holtzmark展宽，原子表现为激发态时，将会和同等性质的基态原子发生碰撞，但此举并不会引发谱线中心的移动。（5）仪器展宽：此展宽形成的因素有二。其一，包含光的衍射，此外，涉及到光谱探测设备自身的限制。2.3样品的定性及定量分析物质在受到外界能量的激发使构成物质的各种离子从基态跃迁到高能态，在其返回到基态时释放出能量所产生的光谱就是发射光谱；固态物质在电磁辐射的作用下，物质内的原子、分子或离子吸收从低能态跃迁到高能态所需的辐射频率，同时原子吸收光谱产生。其中发射光谱按形状可以分为三类：(1)线状光谱：在高温条件下，气态的原子或离子受到激发，原子或离子外层电子因为获得能量而跃迁并发出的单一波长的光波即线状光谱，其中原子跃迁时所发出的谱线为原子谱线，离子跃迁时所发出的谱线为离子谱线；(2)带状光谱：其通常又被称之为分子光谱，当处于高温环境下，对某特定气体分子进行激发，此时分子基于振动能级以及转动能级彼此间通过跃迁而所得的辐射光，将可形成带状光谱，通常在红外区或近红外区；(3)连续光谱：在高温下激发液体、气体或固体物质，激发后电子跃迁发出连续分布的各种波长的即光，即连续光谱。2.3.1LIBS的定性分析高脉冲能量的激光器当作激发光源，激发待测样品使其形成等离子体光谱，即为LIBS技术。此时等离子体基于激光环境下，等离子体光谱将存在线状光谱以及带状光谱等类别，两者均叠加于连续背景光谱，然而我们要分析的是线状光谱。通过原子发射光谱分析对物质定性分析的根据如下：(1)光谱一种谱图，并基于光波波长依次排列所得。(2)物质主要涵盖多样化原子以及离子等，当对其进行激发时将会发射出其自身特有的特征谱线，根据谱线的特性可对物质定性分析。[16]2.3.2LIBS定量分析为将LIBS适用在样品定量分析，需要作出下述基本假设：(1)激光诱导等离子体中所含有的元素成分以及实际比例，需要完全一致于被烧蚀样品。唯有如此，等离子体的光谱辐射强度才可以反映烧蚀样品中的元素含量的比例。在实际应用中，由于样品的不均匀性，会使每次测量的结果有所不同，在多次脉冲激发烧蚀样品取平均值后会减少该情况的影响。(2)激光诱导等离子体处于局部热平衡状。在热力学平衡状态下，等离子体可以被分为三类：当处于激光诱导环境下，等离子体中的电子温度高达上万开尔文，然而其气体温度却类似常温，这种差距被称为非热力学平衡等离子体；若等离子体中的电子及其空气表现出的气体温度均满足局部热力学一致，则可将其称为局部热力学平衡等离子体；若完全一致，则称之为完全热力学平衡等离子体。[17]激光诱导等离子体尤为迅猛，等离子体中含有的离子以及原子等将彼此持续碰撞。碰撞的过程中互相交换能量。这样可以使等离子体内部的各种离子温度保持大概相等。但是这个碰撞又交换能量的过程又非常短暂。如此形成了局部热平衡等离子体。也就是处于LTE状态，在LLTE的条件下，粒子无论处于何种状态均服从麦克斯韦分布；无论处于何种能级，均服从玻尔兹曼分布；无论处于何种电离过程，均服从沙哈方程；无论处于何种辐射过程，均服从普朗克定律，故而当处于光学薄环境下，若想进行LIBS定量分析，则需要优先判断等离子体是否处于LTE状态，基本条件如下：[18]Ne≥1.6×式中Ne-T-等离子体温度△E-能级差若金属元素的电子温度为10000，则Ne下限将为1016cm-3(3)等离子体辐射满足光学薄状态。此时，等离子体辐射不会自吸收，若自吸现象显著，则谱峰附近会出现突出的窄凹坑，看起来就像形成了一个双峰。若等离子体已经满足上述基本条件，则将能针对样品进行定量分析，但实际上，LIBS谱线强度实则还和激光能量、实际脉宽，环境条件、光收集系统等一系列因素息息相关。[19]通常情况下，LIBS检测系统光谱范围为200nm-900nm，光谱分辨率仅为0.1nm，而检测范围大约为数十ppb量级。若等离子体处于LTE环境下，则某元素离子的激发同样处于热平衡状态，即:[20]NkNo=g式中Nk—单位体积中第kNo—单位体积中的gk—KgoEk—由基态激发至K激发态需要k—玻尔兹曼常数T—等离子体温度激发态原子接收到激发时，不仅能够跃迁至高能级，还可以跃迁到低能级。跃迁时，能量变化将会促进让原子发射大量波长各异的谱线。单位时间电子基于两个能级彼此间出现跃迁的可能性称为跃迁几率，而单位时间高能级K向低能级i跃迁的离子数，和处于K能级的粒子数将为正比，即:[21]∆Nk-i=A式中Aki——k能级向i能级的跃迁Nk——单位体积中第k由k能级向i能级发射光子的能量为:Ek-Ei=hvEk—基态激发至k激发态需要Ei—基态激发至i激发态需要h—普朗克常数vki单位时间中发射辐射的总能量如下:Iki=AkiNk将公式2-9与公式2-10合并得：Iki=NOAki可有根据上面的公式看出影响光谱强度的原因有：（1）跃迁几率Aki与激发电位，前者通常处于在106-109s-1的范围内，若原子激发态时间较长，则跃迁几率将会变小。而若激发电位越高，则谱线强度将(2)等离子体温度T、激发态简并度gk和粒子数密度NO，通过公式2-10将能得知谱线强度和T、gk以及N3实验过程介绍3.1实验光路根据本论文第一章中提到的正交再加热型LIBS的实验原理及实验光路图，设计出了实验光路，实验仪器的摆放。下面来介绍实验的光路和实验仪器的连接。具体装置图如图3.1所示，在本实验中使用的发射出第一束激光的激光器是脉宽为8ns的调Q激光器（下文用8ns代替）。发射第二束激光的激光器是脉宽为15ns的调Q激光器（下文用15ns来代替）。图3.1实验装置图图中的序号代表的含义：1：Q-smart850激光器（脉宽为15ns激光器）；2：Beamtech镭宝激光器（脉宽为8ns激光器）；3：光谱仪；4：DG645；5：爬高器；6：聚焦透镜；7：样品（铜）；8：采集镜头；9：计算机；10：Qin；11：CLIKin；12：光谱仪outputsB；13：采集光纤；14：输出接口；15：T0接口；16：CD接口；17：EF接口；18：GH接口首先来介绍的是设备的连接方法：本实验当中，整体的时钟零时刻是由DG645的T0来控制。DG645当中的输出接口控制激光器和光谱仪。DG645连接方案如下：（1）DG645的CD接口连接8ns激光器的Qin接口，Qin接口的功能是控制激光器的Q开关的作用，可以直接影响激光器的出光时间。（2）DG645的EF端口连接的是8ns激光器的CLIKin接口，激光器CLIKin接口的作用在于控制激光器内部的泵浦灯的功能，也就是可以控制这个激光器的时钟信号。将激光器的Qin接口和CLIKin接口组合在一起使用。这样可以达到精确控制激光器输出的脉冲激光的目的。（3）DG645的GH接口连接到15ns激光器的LAMPSYNCin接口。激光器的LAMPSYNCin接口的作用和CLIKin接口功能近似相同，作用是控制激光器内的时钟信号从而使激光器与系统内的时钟信号同步。（4）8ns的激光器的Qout接口连接到光谱仪的outputsB接口上，Qout接口的作用是：当Q开关启动，Qout会向外输出一个脉冲信号，这个信号可以用来控制其他接口或者是检测激光器的Q开关的工作是否正常运行。本实验当中就是使用这个接口来控制光谱仪的时钟信号。下面是光路的设置。本论文当中已经简单介绍了正交LIBS检测的光路。接下来就是要介绍下实验的光路。8ns激光器发射出激光后，由于激光器的能量过大，导致在实验中的实验变量不易于被控制。于是在激光器的前面加一个光栅来减少激光脉冲的能量。激光经过透镜之后，汇聚在样品表面，从而完成对样品表面分子、原子、粒子的激发，进而产生等离子体。随后第二束激光由15ns的激光器射出，由于15ns的激光器在光学平台上无法大幅度地上下移动位置。本次实验便采用爬高器，以此来让光束上下平移，爬高器是由两个石英的全反镜平行放置组成，这样能够使光束照射到平行在样品表面的等离子体，于是就完成了对等离子体的再次加热。接着用采集镜头对准产生的等离子体，尽可能多的采集特征谱线。采集到的样品中元素发出的特征谱线，利用管线传输给光谱仪。光谱仪对特征谱线进行分析，就能得到样品中元素的发光光谱。3.2搭建光路实验光路搭建的第一步：首先摆放正交光路，在这次搭建的光路中，两束光是否照射到样品表面的等离子体上是实验装置检测精确与否的关键性因素。下面将要介绍的是如何搭建的本次实验中使用到的光路。（1）先将光路中激光器的位置摆放好。调节好8ns激光的位置，确保8ns激光器发射出的激光光束可以照射到样品表面合适的位置。并且还要保证激光光束与样品表面是垂直的。（2）当调整好8ns激光器之后，要调整的是15ns激光器，先把15ns激光器固定好位置，接下来在光路中加上爬高器。确保两面石英全反射镜是互相平行的，这样就可以输出与原激光光束平行的光，然后调节爬高器的上面的全反射镜，让激光光束经过样品表面1~2mm处就可以了。（3）调整并固定好两台激光器后，在样品与8ns激光器之间加入透镜，随后调整好透镜与样品的距离。让透镜的焦距正好落在样品的表面，这样激光光束可以有足够的能量将样品表面元素击穿形成等离子体。（4）当上述过程调整好，接下来就是精细的调节。要调节的是两束与样品的相对位置，先让样品保持一定角度。此时两束激光在样品表面都有光点。之后调节8ns激光器，调节爬高器，让光点在样品表面重合。之后摆正样品，精确调整透镜与样品之间的距离，可以利用刻度尺。两个激光器调整好之后，样品表面会有光路调节时留下的烧蚀坑。根据光路可逆的原理，可推算等离子体在这个范围发出的特征谱线将会被光谱仪采集透镜采集到。并且可以通过光线传输到光谱仪中。（5）最后，要在透镜与8ns激光器之间加入一个光栅用来削减激光的能量。首先将光栅的大孔的方向面向激光器出光口，上下左右调节激光器的位置。要让激光器输出的光斑中心位置可以全部通过光栅打孔。在光栅中小孔后面放置检光片来检测光斑是否为呈现圆形，如果不是圆形，那么就要调节光栅的俯仰的角度直到能够检测到圆形的光斑。要注意的是，在摆放完透镜后一定要注意激光在透镜后面形成的焦点，焦点处的能量高容易对操作者身体造成伤害。本实验当中使用到激光是紫外光，因此在进行实验时要注意保护眼睛，注意安全。3.3装置参数及操作流程本小节将介绍在实验当中，各个仪器之间的大致时序，介绍激光器和光谱仪的参数设置，最后对实验中的参数数据分别进行一一介绍。首先介绍的是实验中的时序，8ns激光器的时钟启动信号的时间可以忽略不计，这个激光器调Q时间为224.1us。Q开关的启动时间也可以忽略不计。15ns激光器的时钟信号为100us，调Q时间为150us。通过调节Δt来调节激光器输出的能量。实验中两台激光器的能量输出范围是0～800mJ，两台激光器在这之间调节能量大小。两台激光器的脉宽分别为8ns和15ns。考虑到实验中的可操作性，在实验时固定8ns激光器的能量输出，固定在43mJ。光谱仪的采集延时为3us，采集门宽20us、增益为500、光栅刻度为1800/mm、中心波长为280nm。最后要完成的是实验中的脉冲能量和脉冲间隔的设计，根据以往的研究经验，结合本实验当中使用到的仪器，15ns激光器的能量，决定将其分别设置为200mJ、248mJ、320mJ、385mJ、455mJ、520mJ、590mJ。通过这些因变量来进行实验找出影响双脉冲LISB检测的脉冲能量。3.3.2操作流程本实验当中的操作流程大致可以分为准备工作、调整过程和测量操作这三个部分组成。准备工作：采集合适的土壤样品，实验中的土壤样品来自于辽宁省沈阳市浑南区南屏中路6号沈阳理工大学校区内，12号宿舍楼下。经过处理筛选出杂质。将Cr（NO3）2水溶液以及硝酸铅水溶液按比例配比。将土壤样品溶解至所得溶液。添加粘合剂—少量饱和蔗糖溶液。搅拌后放至恒温式干燥机干燥样品。12个小时之后把样品放入研磨机中粉碎，配制成土壤样品。得到土壤样品后，将其放置于三维可移动平台上，调整样品的位置，向激光焦点处靠近。第二步，确定样品和透镜之间的距离。同时判定激光脉冲的焦点是否在样品表面附近。先使平台静止，记录下螺旋旋钮的刻度。之后移动三维平台，上下前后的进行移动。从而使激光光点在样品表面移动。最后检测8ns激光器和15ns激光器得到的能量。用到的仪器是能量计，先用能量计检测8ns激光器。将能量计放在8ns激光器发射出的激光的焦点上，此时能量计开始采集激光在焦点上的能量。连续采集十组数据并保存在能量计当中。接下来，将能量计放在15ns激光器光路上，同样连续采集十组数据，并且把这些数据保存在能量计中。15ns激光器每改变一次能量，就用能量计重新测量一次示数。调整过程：首先连接号镭宝激光器的电源，确保电源不会掉落影响实验。镭宝激光器的开关由钥匙控制。激光器关闭时，钥匙指向“0”位置，如要打开激光器，就要把钥匙旋到“1”位置。保持激光器处于内部触发的状态，确保激光器出光。在激光器操作的主页面上打开standby，flash，q按钮，等待即可。第二步，连接15ns激光器的电源，给激光器和水箱进行供电。打开激光器的水箱让激光器的水箱开始进入工作的状态，可以对激光器进行冷却。同镭宝激光器以样，15ns激光器也是旋转激光器控制钥匙，从“0”旋转到“1”。激光器的操作面板上有控制泵浦光的黄色箭头，长按使黄色箭头和红色的stop按键闪烁。红色stop案件闪烁时，表明激光器的泵浦灯正在工作，输出泵浦光。随后长按代表Q开关的黄色箭头。黄色箭头和红色stop按键闪烁时，激光器可以正常输出光。激光器出光后，在DG645的CD接口端输入8ns激光器的Qin参数，在EF接口处输入8ns激光器的CLIKin参数，在GH端口处输入15ns激光器的LAMPSYNCin的参数。并将两个激光器触发状态改变，从内部信号触发改变为由外部信号触发。最后将光谱仪打开，等待光谱仪操作界面上的温度显示的数据‘-30’变蓝后，对光谱仪进行参数设置，首先设置光谱仪的采集延时，其次设置光谱仪的采集门宽。测量操作：第一步通过调节样品在三维平台上的位置，用以确保每一组实验的激光都是激发在未经烧灼的样品表面。在本实验中，三维平台可以移动的几个具体方向如图3.2所示。通过调节平台y轴方向上的螺旋旋钮和z轴方向上的旋钮从而可以调整距离，这样可以让光点打在样品的适当位置，确保不会一直打在一个点上。图3.2三维移动平台移动方向第二步，打开DG645，通过控制激光器和光谱仪的时序从而让两束激光开始LIBS检测。采集实验数据。

4数据处理4.1单脉冲LIBS数据处理先对土壤样品进行单脉冲LIBS检测，测得实验数据后经过处理。得到图4.1，如图所示，根据单脉冲LIBS的光谱显示，土壤样品在谱线中心为kkkk的光谱图中有多个峰。样品中不同的元素对应着图中不同的峰。图4.1单脉冲LIBS检测到土壤中的Co元素土壤样品中元素含量丰富，为了探究对比单脉冲LIBS和双脉冲LIBS在测量土壤样品方面的差异，选择土壤样品谱线中最明显的一个峰，选取了Co原子，波长为404.58nm，作为本实验的研究对象。通过元素与谱线对应关系，选择了钴原子的谱线进行分析，通过计算得到钴原子的净信号为116.748。钴原子的背景信号为559.899。钴原子的信背比为：0.208。4.1时间演化实验中得到的数据用origin软件绘制，本论文当中采用的两束激光光束的脉冲间隔为0us时，第二束激光与第一束激光同时到达样品表面，这样可以从零时刻完整地表现出双脉冲LIBS检测的时间演化的分布。下文中的净信号、背景信号、信背比（净信号与背景信号的比值）的特征谱线都是通过MATLAB计算得到的。图4.2单脉冲LIBS检测Co元素净信号的时间演化如图中黑色曲线所示。从图中可以看出，单脉冲LIBS净信号先以高速率增长，随后在采集延时达到0.7us时，净信号强度最大，达到313.6，而后慢慢下降。双脉冲LIBS检测Co元素净信号的时间演化如图中红色曲线所示。双脉冲LIBS净信号同样也先以高速率增长，随后在采集延时达到0.7us时，净信号强度最大，达到508.2，而后慢慢下降。从图中可以看出，单脉冲LIBS与双脉冲LIBS在净信号强度上有着相似的分布情况，但是两者在峰值之后的下降速率有所不同。在脉冲延时从0.7us到4us时，双脉冲的净信号强度的下降趋势要缓于单脉冲的下降趋势。这表明在双脉冲时，第二束激光对等离子体进行了再加热，延长了等离子体寿命，增强了光谱强度。图4.3如图4.3所示，黑色曲线表示了单脉冲LIBS检测Co元素背景信号在采集延时达到0.7-0.9us的范围时，背景光出现峰值。分析实验数据后得到，当采集延时达到0.7us时，背景光出现峰值，峰值为2873.4。红色曲线表示了双脉冲LIBS检测Co元素背景信号在采集延时达到0.7-1.0us的范围时，背景达到峰值。分析实验数据后得到，当采集延时达到0.7us时，背景最强，达到5414.8。从图中可以看出，在采集延时为0.7-0.9us时，双脉冲的背景强度要远远高于单脉冲的背景信号强度。这说明，第二束激光不光对等离子体的特征谱线的光谱强度进行增强，也对背景信号强度进行了增强