专利名称：一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法
一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法技术领域
本发明能够满足在线原位检测的严格要求，广泛适用于分析、检测、计量和诊断等多个技术领域，具体涉及一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法。
背景技术：
在线原位检测技术是现代检测技术新的重要组成部分，能快速、方便、有效地检测在役设备中材料的性能，发现在役结构和易损零部件的损伤，是预防事故发生和保证设备运行安全的有效手段。原位检测的技术难点主要表现为一方面检测现场条件苛刻，无法与实验室等理想条件比拟；另一方面待检测的结构或材料等处于装配状态，允许检测的时间和空间有限。与离位检测相比，在线原位检测要求更高，难度更大。
原位检测一般包括缺陷探测、故障诊断、状态监控以及性能参数测定等内容，其中缺陷探测和性能参数测定应用最为广泛，两者均是以获取样品成分信息为前提，其结果直接影响其探测能力和测定水平，因而精确测定待检测样品的成分信息至关重要。
传统的成分检测技术，主要有X射线荧光分析法、原子吸收光谱(AAS)法、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法和电感耦合等离子体发射质谱法(ICP-MS)法。其中X 射线荧光分析法可以实现快速检测，但是其灵敏度较低；而AAS法和ICP-AES法虽然检测精度高、稳定性好，但两者均需要样品预处理过程，难于保证待检样品不被污染或损失；而 ICP-MS法能够弥补上述不足，但由于检测设备价格昂贵、体积庞大，检测过程耗时较长，难以满足原位检测的空间和时间要求，无法实现大量应用。
激光诱导击穿光谱技术(LaserInduced Breakdown Spectroscopy)，简称 LIBS， 作为一种实时、原位、连续、无接触的新型检测技术弥补了以上检测方法的不足，能够满足在线原位检测的技术需求。该技术无需烦琐的样品预处理过程，对各种形态的固体(导体或非导体)、液体或气体样品尺寸要求均不严格，样品消耗量极低，可以进行多元素的快速同时测定，适应范围广，便于远程操控。
与传统检测技术相比，LIBS技术对于在线原位检测具有不可比拟的技术优势，但由于单脉冲LIBS技术的分析灵敏度并不高，因而制约了其在痕量元素检测领域中的应用。 LIBS是基于高功率激光与物质相互作用，产生瞬态等离子体，对等离子体的发射光谱(连续的背景谱和待测元素的特征谱)进行研究，从而实现对样品成分的定性分析与定量分析。单脉冲LIBS激发的等离子体温度和密度均较低，形成的发射光谱强度有限，因而分析灵敏度相对较低，检出限相对较高。发明内容
鉴于传统检测技术的不足，本发明基于DP-LIBS技术发明了一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法，本检测方法样品消耗量低至约0. lug-0. lmg，原位微区空间分辨率可达Ι-lOOum，其分析灵敏度较单脉冲LIBS技术高出1_2个数量级。
本发明提供的一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法，包括以下步骤步骤A.根据待检测样品的激发特性，设定脉冲延时控制器的延迟时间，用以控制两个激光的时间间隔；在等离子体形成初期，原子从待检测样品进入等离子体直至完全蒸发需几微秒，由于不同物种元素的蒸发能量与烧蚀量不同，因而元素的谱线达到最大发射强度所需时间也不尽相同。
步骤B.红外波段激光器在脉冲延时控制器触发下先输出红外波段的纳秒脉冲激光，经由光束远程汇聚调节装置，聚焦于样品表面待检测位置，烧蚀样品待检测位置，以产生等离子。
步骤C.紫外波段激光器在脉冲延时控制器触发下，间隔一段延迟时间后输出紫外波段的纳秒脉冲激光，经由光束远程汇聚调节装置，聚焦于样品表面相同位置，激发等离子体增强光谱信号；步骤B和步骤C的两个纳秒脉冲激光波长、频率以及强度的选择，主要由待检测样品的激发特性决定，针对不同物种元素，可在检测过程中在线调整激光波长、频率以及强度，以达到最佳检测条件。
步骤D.步骤C中增强光谱信号经由光谱远程收集装置接收，耦合进入光纤，传输至光谱仪，通过配套计算机程序，即可得到全波段光谱数据信息。
步骤E.根据采集获得的全波段光谱数据信息，利用等离子体的物理参数及自由定标校正分析法即可得出检测成分分析结论。
所述步骤E的具体步骤为El.根据采集获得的全波段光谱数据信息，得出某一原子物种s在两个不同能级砍和Ei间的跃迁所测得的线性积分强度其中/力跃迁波长；为发射原子物种的浓度；ilki为对特定谱线的跃概率；为k能级简并度；Icb为波尔兹曼常数；了为等离子体温度；F为常数，与光收集装置的效率有关， 不同效率的光收集装置所对应的常数F不同(有什么关系？)，与波长无关，在检测过程中保持不变;US (T)是发射物种s的分配函数，表示为
权利要求
1.一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法，包括以下步骤步骤A.根据待检测样品的激发特性，设定脉冲延时控制器的延迟时间，用以控制两个激光的时间间隔；步骤B.红外波段激光器在脉冲延时控制器触发下先输出红外波段的纳秒脉冲激光， 经由光束远程汇聚调节装置，聚焦于样品表面待检测位置，烧蚀样品待检测位置，以产生等离子；步骤C.紫外波段激光器在脉冲延时控制器触发下，间隔一段延迟时间后输出紫外波段的纳秒脉冲激光，经由光束远程汇聚调节装置，聚焦于样品表面相同位置，激发等离子体增强光谱信号；步骤D.步骤C中增强光谱信号经由光谱远程收集装置接收，耦合进入光纤，传输至光谱仪，通过配套计算机程序，即可得到全波段光谱数据信息；步骤E.根据采集获得的全波段光谱数据信息，利用等离子体的物理参数及自由定标校正分析法即可得出检测成分分析结论。
2.根据权利要求1所述的红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法，其特征在于，所述步骤E的具体步骤为El.根据采集获得的全波段光谱数据信息，得出某一原子物种s在两个不同能级砍和Ei间的跃迁所测得的线性积分强度 /Ju,表示为其中，λ为跃迁波长;Cs为发射原子物种的浓度；/Iki为对特定谱线的跃概率;Λ 为k能级简并度；Jts为波尔兹曼常数T力等离子体温度；F为常数，与光收集装置的效率有关，与波长无关，在检测过程中保持不变 ’Us (T)是发射物种s的分配函数，表示为^s(T) = 0kexp (-^m-) (2)；步骤E2.对方程(1)取对数，并作如下假设:
全文摘要
本发明公开了一种红外紫外双脉冲激光诱导击穿光谱在线原位检测方法，该方法至少包括如下步骤A.根据样品激发特性，设定脉冲延迟时间用以控制两个激光的时间间隔。B.红外波段激光器先输出激光，经远程汇聚调节聚焦于待检测位置，烧蚀样品产生等离子体C.紫外波段激光器，间隔一段延迟时间后输出激光，经由远程汇聚调节聚焦于相同位置，激发等离子体增强光谱信号。D.光谱信号经由光谱远程收集装置接收，耦合进入光纤，传输至光谱仪，通过配套软件，即可得到光谱数据信息。E.采集获得光谱数据，利用自由定标校正分析法(calibration-free)得出检测成分分析结论。
文档编号G01N21/63GK102507512SQ20111034703
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者丁洪斌, 李聪, 王宏北, 罗广南 申请人:大连理工大学