基于LIBS技术的蚊香成分分析研究

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激光诱导击穿光谱(LIBS)是二十世纪后期国际上公认的一项全新的原子发射光谱分析技术。LIBS的分析能力表现在多元素分析方面,它可以适用于任何样品类型,并且具有检测样品损耗低,无需对样品进行复杂的预处理,支持实时测量和远程检测的特点。自二十世纪六十年代以来,有关LIBS的研究成果已经证明了其在固体、液体、气体、气溶胶物质及环境和有毒有害物质相关的元素组成的定性分析和定量测量方面的潜力。此外,LIBS在工业过程、环境化学、生物学和文化遗产方面有很多应用。因此,这项技术受到众多研究小组的广泛关注。  在本工作利用由Nd:YAG脉冲激光器、光谱仪、探测器等搭建了LIBS装置系统。为了拓宽LIBS技术在环境监测方面的应用领域,本工作利用该技术对蚊香进行了检测分析。同时为了实现LIBS技术对蚊香品牌识别的能力,还对三种蚊香所含元素的种类及含量进行了对比分析。本文分为五个章节的内容,利用LIBS技术作了以下几点研究内容:  第一章简述了激光等离子体及其光谱特征,并介绍了LIBS的应用领域及其在国内外的研究现状。  第二章作为理论基础部分,详述了激光等离子体的烧蚀过程及光辐射机制和谱线的展宽机制,介绍了LIBS的基本假设、两个重要参数的计算及谱线标定和定量分析的基本方法。  第三章介绍了激光诱导击穿光谱的实验平台,包括激光烧蚀系统,时序控制系统,外光路系统,光谱探测系统,并简述了样品制备过程。  第四章重点介绍了本文的主要工作,通过对探测的蚊香光谱进行标定,共确定了其中包含C、Al、Mn、Mg、Sr、Zn、Ba、Na、Ca、Fe、Si和H的12种元素。在局域热动力学平衡(LTE)假设下,计算了等离子体温度及电子密度,并最终给出了元素的相对含量,实验结果表明LIBS可以用于有害元素的快捷有效检测。  此外,在对一种蚊香的研究基础上,检测并计算了其它三种不同品牌蚊香所含元素及含量,并进行了对比分析,发现不同品牌的蚊香包含的元素种类不同,其元素相对含量也存在明显差异。这些结果进一步说明LIBS具有蚊香品牌鉴定的潜力。  第五章,对本工作进行了总结和展望。
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