多次放电的激光诱导击穿光谱信号增强

朱志峰，李 博，高 强, 李中山

天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室，天津 300072

引 言

激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)是一种广泛应用于科学和工程方面的元素分析技术。通过将强聚焦的激光和物质发生相互作用，物质将会被光解、 电离、 激发并形成等离子体，利用等离子体光谱谱线位置和谱线强度可以对元素进行定性或者定量测量。LIBS技术可以应用于几乎所有类型的物质[1](固体、 液体、 气体等)，同时有着很少或者不需要样品预处理、 实时在线测量、 快速多组分分析、 远距离测量等优点[2]，所以在工业、 医疗、 环境、 地质学、 行星探索[3-5]等领域有着很多应用。但是LIBS技术也存在着一些不足，如基体效应、 定量测量精度不高、 元素探测极限高[6]等。

降低LIBS技术的探测极限对拓展LIBS的应用，尤其是对样品中微量元素的测量有着重要的意义。LIBS技术的探测极限主要受低光谱线强度和强的连续辐射强度的影响[7]。加强LIBS信号强度是降低LIBS的探测极限一个重要的途径。研究人员已经开发出许多方法，包括使用空间约束、 磁约束、 微波、 双激光脉冲、 放电[8-11]等和LIBS结合来增强信号强度。使用空间或磁场来控制激光诱导等离子体的向外扩展来提高信号强度； 微波、 双激光脉冲、 放电等方法通过对激光诱导等离子体进行加热和二次激发实现信号的增强。其中将放电和LIBS技术相结合来增强光谱强度是一种相对简单的方法，一般称为火花放电-激光诱导击穿光谱(spark discharge-laser-induced breakdown spectroscopy, SD-LIBS)。在激光诱导等离子体附近放置高压电场，在激光等离子体的诱导和触发作用下，高压电场电极会放电并对等离子体中的粒子进行二次电离和激发，实现光谱强度的增强。……