钽铌矿中Ta和Nb元素含量极低，采用常规激光诱导击穿光谱（LIBS）技术面临检测灵敏度不足的问题，双脉冲LIBS技术可显著改善分析灵敏度，但设备成本高。为此，提出一种基于单激光分束构造的双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）技术对钽铌矿中Ta和Nb元素进行高灵敏度检测。在对离焦量、采集延时、激光能量等实验参数优化的基础上，建立了LIBS定量分析模型。结果表明：所提的DP-LIBS系统对Ta和Nb元素特征谱线强度比单脉冲LIBS增强3~4倍，检测灵敏度提高约2倍，Ta和Nb元素检出限分别达到195.91 μg·g^-1和81.79 μg·g^-1。为钽铌矿痕量Ta和Nb元素的快速高灵敏度定量分析提供了一种有前景的检测方法。

使用两台波长为1064 nm的Nd∶YAG调Q激光器,对BaCl2溶液样品开展水下单脉冲与正交双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)实验,系统地探究了各关键实验参数对水下单脉冲LIBS(SP-LIBS)及双脉冲LIBS(DP-LIBS)光谱特性和信号增强的影响。当采集延时为500~900 ns时,谱线的信噪比很高,有利于进行光谱的采集与分析,可称之为水下DP-LIBS探测的时间窗口。对两束激光焦点的相对位置以及激光能量进行优化,在优化的实验条件下观察到DP-LIBS的谱线强度(Ba Ⅱ 455.4 nm)是SP-LIBS的最大谱线强度的20倍,同时谱线展宽变窄,光谱信号持续时间更长。在双脉冲实验中,谱线强度随着第二束激光能量的增加呈指数增长,这与在液体表面进行的共线DP-LIBS实验中所观察到的线性增长不同,这种增长趋势上的不同可能与等离子体所处的气体环境条件有关。最后,对水下SP-LIBS及DP-LIBS的检测能力进行了比较,结果表明,DP-LIBS的检测灵敏度比SP-LIBS提高了37倍,检测限从单脉冲的31.35×10 -6下降到1.78×10 -6。

为研究样品温度变化对激光诱导击穿铝(Al)等离子体特征参数的影响,采用双脉冲激光器诱导激发在中频炉中加热的Al样品形成等离子体,对比分析了样品温度变化时不同特征谱线强度的变化;分析了CCD相机采集的不同样品温度下等离子体羽的形态变化;在局部热力学平衡条件下,用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析了等离子体电子温度和电子密度随样品温度的演化规律;使用Lorentz线型拟合分析了随样品温度变化的不同谱线的半峰全宽(FWHMs)。研究结果表明,等离子体羽的形态大小变化可以作为其电子温度和电子密度等特征参数随样品温度变化的直观反映;随着样品温度升高,等离子羽形态、谱线强度、FWHM、电子温度和电子密度都增大至饱和状态,并且样品温度对离子线和原子线的谱线强度和FWHM有不同的增强效果。

铯是核事故放射性粉尘中主要危害的核元素之一,建立对铯等核素的快速有效的检测监测是核事故应急的重要研究方向.建立了一种基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术的核素铯检测方法.对采集延时优化实验发现采集延时为2.0 ms,光谱信号最强.两激光脉冲间隔时间为3.8 ms 时,信号最好.通过对叶片样品压片进行定量分析,采用CsI:894.3 nm 为分析线,拟合曲线的拟合系数R2为0.91.进一步利用DP-LIBS 对不同浓度Cscl 处理的红叶石楠叶片进行直接分析,结果显示:不同浓度Cscl 处理的叶片在CsI:894.3 nm 处有明显发射谱线的,建立定标曲线的拟合系数为0.73；证明LIBS 技术可以实现对环境样品核素铯含量的快速检测的可行性.

激光诱导击穿光谱(LIBS)检测的稳定性和灵敏度不高是制约其发展的两大瓶颈问题。本实验采用集成ICCD的单、双脉冲LIBS 系统，对经滤纸富集后的Pb(NO3)2水溶液中的Pb 元素进行了分析，比较了采样门宽、积分延迟时间、双脉冲两束激光延迟时间等参数对光谱质量的影响，确定了水溶液中Pb 元素的LIBS 检测最佳实验条件，结果表明双脉冲具有更好的稳定性。在优化的实验条件下，获取了6 个含Pb 溶液浓度系列的单、双脉冲LIBS 光谱信息，建立了元素真实浓度与其光谱强度之间的关系模型，得到溶液中痕量Pb 元素的LIBS 检测限分别为15.95 μg /mL 和5.48 μg/mL 。拟合结果表明双脉冲具有较高的线性相关系数以及较好的检测灵敏度和检测精度。说明集成ICCD双脉冲LIBS 能够改善水体中重金属元素的检测效果。

为研究双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)对水体中铜(Cu)元素检测灵敏度的影响, 采用共线双脉冲LIBS检测装置对所配置的含Cu水溶液进行激光诱导击穿光谱试验。 结果显示: 与运用单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)检测水体中Cu元素相比, 运用DP-LIBS探测到的光谱明显增强, 并且其检测结果受光谱仪采集的延迟时间、 两脉冲之间的脉冲延迟时间、 双脉冲激光能量等因素的影响显著。 确定最佳的试验条件为: 光谱采集延迟时间为1 380 ns, 脉冲延迟时间为25 ns, 双脉冲激光能量为100 mJ。 分别对铜元素324.7和327.4 nm的特征谱线进行定量分析, 两谱线的检测限分别是3.5和4.84 μg·mL-1, 且相对标准偏差都在10%以内。 用500 μg·mL-1样品对特征谱线为324.7 nm所建立的定标曲线进行验证, 反演得出该样品的浓度为446 μg·mL-1, 相对误差为10.8%。 研究表明DP-LIBS能够提高Cu元素的检测灵敏度, 同时具有较高的稳定性。

以合金钢为样品，利用Cr I 520.8 nm和Fe I 522.7 nm谱线强度变化分析预烧蚀激光参数对纳秒532 nm/1064 nm正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）增强的影响，对实验条件进行了优化。结果表明在预烧蚀脉冲能量为70 mJ，主烧蚀脉冲能量为100 mJ，预烧蚀脉冲焦点距样品表面1 mm，距主烧蚀脉冲光路1 mm时，DP-LIBS具有最大光谱增强。Cr I 520.8 nm谱线在30 μs时光谱增强达到12.5，然后快速下降。最后初步分析了正交预烧蚀DP-LIBS光谱增强机理。