激光诱导击穿光谱(LIBS)以激光诱导微等离子体的原子发射为技术特征, 在科研与工业领域正得到重视与蓬勃发展。 作为环境气体的氩气对等离子体演化过程中粒子的碰撞过程有重要影响, 决定着LIBS技术分析性能的发挥。 利用光谱诊断技术深入研究LIBS技术条件下氩气的光谱特征, 对于提升LIBS技术及其应用水平具有重要的意义。 利用中阶梯光栅光谱仪记录时间序列光谱信息研究了瞬态Ar等离子体碰撞和衰减过程, 包括等离子体演化过程中的辐射机制和等离子体电子数密度及温度的时间演化特征。 结果表明, 在激光与氩气相互作用的初始阶段, 光谱主要由连续辐射组成, 在0.6 μs后, 光谱开始主要由氩原子、 离子的离散跃迁辐射谱线组成。 氩原子线和离子线的演化周期不同, 在0~1.0 μs延迟时间内离子线占主导, 在1.0~30 μs原子线占主导。 利用Stark展宽, Saha-Boltzmann曲线方程对60, 80和100 mJ脉冲激光能量激发下的等离子体的电子数密度和温度进行了计算, 等离子体电子数密度在0.2~2.0 μs延迟时间内快速衰减, 之后在较长的延迟时间内缓慢下降, 大约在4.0 μs达到同一个数量级; 等离子体温度(80 mJ)从初始0.2 μs时的18 000 K迅速下降到13 000 K(2.0 μs), 在5.0 μs后缓慢下降到12 000 K。 为进一步检验和优化激光脉冲用于氩气的分析性能, 对氩的不同特征谱线信噪比随时间演化的特征进行了研究, 结果表明, 氩原子线在2.0~6.0 μs的延迟窗口具有较高的信噪比, 氩离子线则在0.1~1.0 μs延迟窗口具有较高的信噪比。

随着工业技术的发展, 气体检测领域对在线检测仪器及检测技术的要求越来越高, 气体成分在气体流动时会发生复杂变化, 通常的检测手段傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)、 光腔衰荡技术(CRDS)、 电化学传感等往往不能满足检测要求或仅对局部区域检测。 激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新兴的原子发射光谱分析技术, 得到光谱分析领域研究者的广泛重视与研究。 LIBS技术具备多元素同时检测、 非侵入式、 实时在线以及无需样品特殊制备等技术优势, 已应用于固体、 液体和气体的检测。 在环境恶劣、 干扰较大的气体制造及检测领域LIBS技术能够实时准确地进行检测。 介绍了LIBS技术基本原理并描述等离子体物理特性的两个参数等离子体温度及等离子体电子数密度, 针对LIBS技术在气体检测领域中的应用, 从通过原子谱线强度比分析燃料的当量比、 燃料混合气燃烧产物的气体组分、 工业制造中作为保护气的氮气及稀有气体、 温室气体和新能源气体的检测, 以及与之相关的LIBS实验装置及实验方法的改进与优化等6个方面介绍了LIBS技术应用于气体检测领域的近些年国内外进展。 对气体检测领域激光诱导击穿光谱研究的前景进行了展望。