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精彩問答集錦|激光擊穿光譜的核領域應用
發布時間:2021-01-21瀏覽:233次

 卓立漢光“名師講堂”第九期:《激光擊穿光譜的核領域應用》圓滿結束,感謝中國原子能科學研究院高智星研究員的精彩分享,也非常感謝各位與會嘉賓的積極互動,現為將現場問答分享如下,供各位參考、交流。

精彩問答集錦如下:

1、高老師,您好!LIBS產品可以在現場測金屬材料成分嗎?

可以。目前市面上有手持的LIBS應用裝備現場識別金屬材料的儀器,用于庫存管理和廢舊金屬回收。如果需要測量一些非常獨特的金屬材料成分,也可以另行研發。

2、高老師,您好!35頁PPT里光學腔結構如何有效收集發射光譜?如何去掉入射激光光源譜?

具體參考我們的文件:ZL2015 2 04547474一種增強型等離子體發光信號收集器

3、氣溶膠檢測那部分是用的遠程LIBS嗎?高老師課題組應該也在做吧?高老師能否簡單介紹下這部分工作,目前能測到多遠距離?

   我們這個針對的場景是氣態排放物的在線測量和污染空氣的現場測量。氣溶膠成分的遠程探測有兄弟單位在做,屬于激光雷達項目Lidar,應該采用望遠鏡系統傳輸和收集光信號,閃光的幾何收集效率受限,靈敏度可能不會太高。目前對固態物質表面沾染物的探測距離大概是半米到數十米左右。

4、高老師,針對很容易被激光打壞的材料,LIBS是否可以進行檢測?

   LIBS技術雖然宣稱是無損分析,但實質上還是微損分析,本身需要將少量的物質(微克或者更少)加熱到等離子體狀態才能開展光譜分析。對于脆性材料,可以考慮飛秒激光擊穿光譜減少燒蝕量和熱力沖擊。如果應用可以接受極小的表面損傷,損傷尺度微米量級,幾乎肉眼難以發現,可以開展測量。

5、高老師,您好!定性識別元素與拉曼光譜識別技術的區別?

   LIBS技術主要開展元素的識別,屬于原子光譜分析技術,光譜信號來自外層電子的躍遷。拉曼光譜主要用于分子基團的識別,屬于分子光譜分析技術,光譜信號來源于分子鍵轉動、振動能級的躍遷。

6、高老師,LIBS技術定量確定核危險物的含量貌似從實際現場應用角度來看不是非常必要的

    核法證學和材料成分的在線分析需要能實現現場、快速、定量分析的技術裝備,確實有這方面的需求。關鍵問題是,LIBS技術定量測定的準確度和度能否滿足應用的實際需求。業內接受和認可LIBS裝備,需要從技術上演示LIBS定量分析的成熟度和可靠性,作為一種“新技術”,也需要積極宣傳。

7、高老師,您好!激光器選擇的波長有什么依據呢

    目前看,各個波段的激光器都有使用,取決于具體的應用場景和對象。需要說明的是,激光激發等離子體往往是一個非線性吸收過程,以多光子效應為主,而非共振吸收。當然,如果條件允許,選擇激光波長與測試對象共振吸收峰匹配的激光器,可以降低對激光器功率的要求,可能有助于提高光譜強度和準確度。不建議選用樣品反射率或透過率較高波段的激光器。

8、高老師,激光打到樣品上產生等離子體,是不是必須要金屬樣品才可以呢?對于半導體材料來說,很難產生等離子體效應

    金屬樣品很容易產生激光等離子體,大概激光的強度時是每平面厘米兆瓦量級。非金屬材料則需要更高的激光強度,比如每平方厘米吉瓦。透明材料由于吸收系數較低,甚至需要更高的強度。需要注意,激光強度超過10~100GW,有可能發生空氣擊穿。半導體材料在紅外區的吸收可能比較小,建議試試更短波長的激光器,比如可見或者紫外波段的激光器。

9高老師,您好,激光擊穿光譜,一般都選擇什么譜儀?是針對特定譜段嗎?對分辨率通常有什么要求?另外,您這邊涉及紫外、近紅外波段的情況多嗎?比如200nm以下,900多nm,針對這些特殊波段,你們如何提高探測的靈敏度?謝謝您!

考慮到離子熱運動產生的多普勒展寬等因素,一般認為光譜分辨率優于0.1nm即可滿足元素識別的需求。如果不做同位素分析,常規的光纖光譜儀(分辨率0.03-0.05nm)就可以開展一些應用研究。實驗室配置的光譜儀因為探測對象不*一,一般光譜范圍涵蓋200-900nm即可。如果有明確的探測對象和元素的光譜范圍,可以根據具體情況選擇單通道(通常譜寬100nm左右)和多通道光譜儀。

紅外波段的原子發射譜線不是很豐富,但是可觀測的分子譜線逐漸增多,因此LIBS的一個新的研究方向是開展激光擊穿-分子光譜分析,因為某些分子譜線的同位素位移比較大,可以用于同位素的探測。選用紫外波段的光譜儀,出發點可能是避免伴生的熒光或拉曼光譜的干擾,提高光譜信噪比。實際上,熒光光譜一般比較寬,可以通過數值濾波等光譜處理方法扣除。

10 還有個問題,除了LIBS定性的測量,定量的研究,有什么注意事項或者您有什么建議嗎?LIBS+拉曼的研究,目前你們是否有開展?謝謝您!

     如果一定要建議,那么就是根據具體應用場景選擇定量分析的技術路線,比如內標,外標和自由定標。戶外,現場作業,個人推薦自由定標。

我們研究室有激光拉曼光譜的研究人員,在LIBS/Raman聯用方面也有所考慮。

11高老師,便攜式設備的光譜分辨率是多少,鈾和鐵之類的干擾如何進一步分辨?

   可以考慮選用多條譜線進行判斷,鈾和鐵并不是每一條譜線都距離很近。另外,可以考慮利用人工智能進行光譜處理和判讀。

12 橢球腔閃光收集器,是否容易被等離子體的飛濺污染?謝謝老師!

   目前還沒有發現,在本例中,等離子體冷卻產生的顆粒物應該被高速氣流帶出腔室了。

13 高老師,毫克級燒蝕量對核材料的運行影響大么?

   LIBS分析的樣品損耗量是微克量級,基本和產品表面的激光打標相當,應該可以接受。

14我是中科院安光所的張志榮,也從事LIBS研究,水中的核素比如氕氘氚是否可以測量?

   氕氘氚的同位素位移很大,可以測量,需要結合具體應用背景確認探測靈敏度,準確度是否可以接受。比如工藝監控和環境監測對水中氚的探測限要求不一樣。

 

【下期會議預告,敬請關注

20213 王遠航老師  上海光學精密機械研究所 基于微區RS&LIBS的中藥殘留化合物和重金屬檢測技術研究;

 

 

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