为了分析和检测天然玉石表面元素分布情况, 采用再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术对天然玉石表面进行二维元素成像分析.实验研究了正交双脉冲激光诱导击穿光谱条件下脉冲间隔和激光能量对原子辐射强度和信背比的影响.在优化的实验条件下, 对天然玉石样品表面36 mm×10 mm范围内进行了二维扫描分析, 获得了烧蚀坑洞直径约为30 μm的玉石样品表面微量元素Fe的二维分布图.结果表明: 再加热正交双脉冲技术能有效地检测天然玉石样品中的微量元素, 并在相同的样品损伤条件下提高了检测灵敏度.该技术不仅可以实现玉石样品的表面元素分布分析, 为玉石鉴定提供参考, 还可以应用于其他固体样品二维元素分布扫描成像分析, 具有较好的应用价值.

为了提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的检测灵敏度和辐射光谱特性, 采用再加热正交双脉冲结构对样品中的4种元素Fe, Pb, Ca和Mg以及含有不同浓度重金属元素Cr的土壤样品进行分析。 研究了4条特征谱线FeⅠ: 404581 nm, PbⅠ: 40578 nm, CaⅠ: 42267 nm和MgⅠ: 518361 nm的光谱强度和信背比随两激光脉冲之间时间间隔的变化关系, 获得了两激光脉冲之间最佳的时间间隔为10 μs。 在单脉冲和双脉冲条件下, 得到了4条特征谱线FeⅠ: 404581 nm, PbⅠ: 40578 nm, CaⅠ: 42267 nm和MgⅠ: 518361 nm光谱强度的增强倍数分别为223, 231, 242和210; 分析了特征谱线FeⅠ: 404581 nm和CaⅠ: 42267 nm谱线强度随时间的演化特性以及4条特征谱线信背比随光谱采集延时的变化关系, 双脉冲能有效延长光谱强度的衰减时间以及提高特征谱线的信背比; 比较分析了等离子体温度和电子密度随时间的演化特性, 在双脉冲条件下, 等离子体温度最大升高了730 K, 电子密度最大增加了18×1016 cm-3。 单脉冲和双脉冲条件下获得重金属元素Cr的检测限分别为38和20 μg·g-1, 再加热正交双脉冲技术使元素检测限下降近2倍。 以上结果表明: 再加热正交双脉冲能有效地提升LIBS技术的检测灵敏度和光谱特性, 为进一步降低元素的检测限提供了有效的方法。

正交双波长双脉冲的激光剥离-激光诱导击穿光谱技术能够在较少样品烧蚀的前提下获得高的光谱分析灵敏度, 因此该技术可以从根本上解决在单脉冲激光诱导击穿光谱技术中空间分辨本领与光谱分析灵敏度之间的矛盾。 为了消除在该光谱技术中的实验参数对光谱信号强度及其定量分析结果的影响, 实验研究了银饰品中杂质铜的光谱信号与银元素的光谱信号的相关性。 研究结果表明: 324.75 nm的铜原子辐射线与328.07 nm的银原子辐射线的强度呈很高的线性相关性, 因此选择以银328.07 nm的光谱线作为内标线, 采用内标法就可以消除双光束激光的空间几何配置以及剥离激光脉冲能量等实验参数对铜原子辐射信号的影响, 从而可以采用正交双波长双脉冲激光剥离--激光诱导击穿光谱技术开展银饰品中铜杂质含量的定量分析。 选择银328.07 nm的光谱线作为内标线, 基于内标法建立了铜的校正曲线。 当激光烧蚀坑洞直径约为17 μm时, 当前实验条件下银饰品中铜元素的检出限可以达到44 ppm。