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激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术是近三十年来兴起的一种基于原子发射光谱学的物质成分和浓度分析技术,具有分析速度快、对样品破坏小、多元素同步分析、远距离非接触式分析等特点,具有巨大的在线分析潜力。在燃烧诊断领域中,可以采用LIBS技术进行燃煤、飞灰和烟气成分的在线检测,对实时调整燃烧,优化运行和控制污染物排放具有重要的意义。
LIBS易受检测对象基体效应的影响,将其应用于煤等具有复杂基体的固体对象的定量分析尚需根据检测对象的基体特性开展机制研究,分析基体效应的影响。本论文通过理论分析和实验研究相结合,针对煤的激光诱导击穿光谱测量机制和光谱特性分析开展了以下几点研究:
详细阐述了激光诱导击穿光谱的形成过程和基本性质,介绍了激光诱导击穿光谱的定量分析模型,详细描述了应用于固体对象的激光诱导击穿光谱基础实验台架和应用基础实验台架。
采用金属合金和化学纯粉末样品进行实验研究,分析了入射激光能量、透镜与样品之间的距离、信号采集角度以及信号平均次数对LIBS光谱特性的影响。
采用具有不同C、H、O和S元素形态的化学纯固体粉末进行实验,从分子内部各原子之间的相互作用力即化学键键能的差异详细分析了元素的不同形态对激光诱导击穿光谱特性的影响。
从等离子体发射光谱机理分析了煤中非金属元素与金属元素在激光诱导击穿光谱检测中的差异,并详细分析了煤中元素的离子谱线、原子谱线以及非金属元素谱线的信噪比随延迟时间的变化特性及其机制原因。
最后,对全文进行了总结,并对激光诱导击穿光谱应用于煤质在线分析的进一步研究工作提出了展望。