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精彩問答集錦|激光擊穿光譜的核領域應用
更新時間:2021-01-21瀏覽:2055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(jié)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(xiàn)為將現(xiàn)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(chǎn)品可以在現(xiàn)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(xiàn)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*的金屬材料成分,也可以另行研發(fā)。

2、高老師,您好!35頁PPT里光學腔結(jié)構如何有效收集發(fā)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(fā)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(tài)排放物的在線測量和污染空氣的現(xiàn)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(tǒng)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(tài)物質(zhì)表面沾染物的探測距離大概是半米到數(shù)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(zhì)上還是微損分析,本身需要將少量的物質(zhì)(微克或者更少)加熱到等離子體狀態(tài)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(fā)現(xiàn),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(qū)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(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)現(xiàn)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(yè)內(nèi)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(jù)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(fā)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(chǎn)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(chǎn)生等離子體效應

    金屬樣品很容易產(chǎn)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(shù)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(fā)生空氣擊穿。半導體材料在紅外區(qū)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?nèi)绾翁岣咛綔y的靈敏度?謝謝您!

考慮到離子熱運動產(chǎn)生的多普勒展寬等因素,一般認為光譜分辨率優(yōu)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(guī)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(jù)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(fā)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(fā)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(shù)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(jù)具體應用場景選擇定量分析的技術路線,比如內(nèi)標,外標和自由定標。戶外,現(xiàn)場作業(yè),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(lián)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(fā)現(xiàn),在本例中,等離子體冷卻產(chǎn)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(chǎn)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(jié)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(jiān)控和環(huán)境監(jiān)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(qū)RS&LIBS的中藥殘留化合物和重金屬檢測技術研究;

 

 

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