对激光诱导等离子体参数进行诊断有多种方法, 其中采用发射光谱法对其诊断是一种重要的方法。 文中采用Nd∶YAG固态激光器, 输出波长1 064 nm红外激光与铝合金样品相互作用, 深入研究了铝合金等离子体产生早期(<1 μs)谱线轮廓、 谱线强度、 线背比、 谱线半峰宽及位移等随时间演变规律。 研究表明, 激光与物质相互作用早期, 电子数密度非常大, 电子与离子及原子之间的相互作用非常强烈, 谱线的Stark展宽效应非常明显, 导致多重谱线重叠在一起, 随时间演变, 电子数密度及电子温度的降低, 多重谱线的半峰宽越来越窄且谱线轮廓对称性越来越好。 MgⅠ285212 6 nm谱线强度早期逐渐增强, 大约100 ns左右谱线强度达到最大值, 然后谱线强度呈逐渐减小的趋势, 这是由于等离子体产生早期, 电子及离子占主导地位, 故早期原子谱线强度较弱, 随时间演变, 电子与离子之间的复合, 原子数密度逐渐增加, 故原子谱线逐渐增强, 达到最大值之后, 由于等离子体激发温度的降低, 故谱线强度逐渐减弱。 以NIST波长位置为参考, 等离子体产生的早期谱线发生了红移, 连续背景强度随时间演变呈幂函数形式急剧递减, 与之相反, 谱线的连续背景强度与谱线强度相比, 连续背景衰减的速度更为迅速, 故导致谱线信背比随时间演变呈增大趋势, 本研究对等离子体早期这些现象从理论角度进行了深入探讨。

为了确定激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)的最佳探测时间,采用时间分辨LIBS研究了样品中4种元素Fe、Pb、Ca和Mg的4条 特征谱线峰值强度以及相应的连续背景辐射光谱强度的衰减特性,对特征谱线峰值强度和连续背景辐射光谱强度的比值求极值,获得了特征谱线最佳信 背比(signal-to-background ratio, SBR)所对应时间的计算值。连续背景辐射和特征谱线光谱强度均呈指数形式衰减,4条特征谱线衰减时间分 别为1.42, 1.95, 1.69, 1.65 μs,相应的连续背景辐射衰减时间分别为0.85, 0.93, 0.89, 0.87 μs。 4条特征谱线最佳SBR所对应时间的计算值分别为1.43, 1.77, 1.62, 1.80 μs,最佳SBR所对应的时间的实验测 量值分别为1.5, 2.0, 1.5, 1.5 μs,二者具有较好的一致性。特征谱线峰值强度和连续背景辐射光谱强度的演化规 律能够对最佳SBR出现的时间作出预测。以上研究结果表明,LIBS最佳探测时间与连续背景辐射和特征谱线的衰减规律密切相关,通过对光谱强 度的比值求极值,可以预测谱线最佳SBR出现的时间,此方法为确定LIBS技术探测和分析的最佳时间提供了依据。

连续背景光谱是影响水体重金属多元素激光诱导击穿光谱(LIBS)定量测量的重要因素，依据背景光谱变化缓慢和特征谱线半峰全宽窄的特性，研究了滑动窗口积分斜率算法去除连续背景的方法。设置合适的窗口宽度和变化率阈值识别背景光谱和特征峰位，对窗口内的背景进行赋值操作，完成整个背景光谱的提取。实验结果表明，Pb、Cu元素特征信号的信背比是背景去除前的5.7倍和1.95倍，特征信号的相对标准偏差分别降低了2%和2.5%。滑动窗口积分斜率算法是一种稳定有效的LIBS光谱背景去除方法，为其他光谱分析技术中连续背景的去除提供了参考。

激光击穿光谱(LIBS)是一种新的多元素同时探测的技术, 但是光谱的采集时间、延时、门宽、等参数是影响将该技术推向实用化过程中的重要因素。本文利用 LIBS技术对水溶液样品中的金属元素进行了时间演化研究, 并通过对 Al、Cd、Cu、Fe、Pb、 Zn等五种元素的连续背景和采集时段对信噪比的影响分析, 得到了这些元素的连续背景光谱强度只由实验条件决定, 并且在同一个波长位置上的背景光谱强度不受元素种类和浓度的影响; 采用相对较晚的采集延迟时间及相对较宽的采集门宽可以增加 LIBS技术的检测能力, 得到更低的检测限。实验所得的结果为探测工业废水中金属元素的含量的应用研究提供依据。