专利名称：一种激光诱导击穿光谱无标样定量分析元素组成的方法
技术领域：
本发明涉及材料分析测试技术领域，尤其涉及ー种利用激光诱导击穿光谱进行元素定量分析的方法。
背景技术：
激光诱导击穿光谱是ー种近年来发展迅速的基于等离子体发射光谱的元素分析测试方法，可以对固态、液态和气态样品进行成分分析，应用领域很广。但是，作为ー种实用的元素分析工具，激光诱导击穿光谱仪还有很多科学上的问题需要解決，特别是它的定量分析至今还没有从根本上得到解决，极大地制约了它的进ー步发展。这是因为激光与物体的相互作用过程非常复杂，影响等离子的因素非常多，激光脉冲的能量、重复次数、波长、样品的成分、待测元素的含量、测试时的气氛、激光的聚焦情况等因素都会对信号产生很大的影响。虽然通过标样法及复杂的数学运算可以提高精度，但是重复性很差，与其他成熟的 元素定量分析方法相比误差仍然很大。当样品被大功率的脉冲激光照射时，受激光照射区域的样品表面附近温度急剧升高，原子电离后在被照射区域附近形成等离子体。脉冲激光功率不同，等离子体的温度也不同，则各元素的电离状态也不同。等离子体温度较低时，激光诱导击穿光谱中元素基态对应的发射峰较强。相反，等离子体温度较高时，激光诱导击穿光谱中元素激发态对应的发射峰较强。因此，如果测量时不控制等离子的温度，就无法确定等离子体中元素的电离状态，或者说无法确定元素基态及各激发态的比值。在这种情况下，我们无法通过简单地測量各元素某一个峰的强度获得精确的定量分析結果。

发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供了ー种实现激光诱导击穿光谱无标样定量分析元素组成的方法。本发明解决技术问题所采取的技术方案为
该方法利用控制脉冲激光器的能量使得每次测量时等离子体的温度相同，由此保证每次测量时各元素的基态和激发态强度的比值保持不变，通过对比不同元素基态峰强度来确定混合物中的各元素原子个数比，实现定量分析。所述的离子体为待分析元素通过激光诱导击穿所得。本发明的有益效果是通过控制等离子体的温度，相当于确定了元素基态峰和激发态峰的比例。由此可保持每次测量结果的可比性，得到精确的可以重复的元素成分分析结果。


图I :每脉冲IOOmJ、毎秒5次脉冲激光能量激发下，Al元素的AlI (基态)和AlII(某一激发态)的峰強度比值。
图2 :为被测五组样品中Al II/A1 I的强度比。图3 Ti/Al比不同的样品中Ti的浓度与Ti和Al元素的基态发射峰强度比的关
系O图4 Ζη/Α1比不同的样品中Zn的浓度与Zn和Al元素的基态发射峰强度比的关
系O图5 Zn/Fe比不同的样品中Zn的浓度与Zn和Fe元素的基态发射峰强度比的关
系O
具体实施例方式本发明通过控制脉冲激光器输出的激光脉冲的能量，同时监测待测样品中某一共同元素基态峰和某一激发态峰的比值，使得每次测量时此比值为ー确定的值。由于元素基态峰和激发态峰強度的比值与等离子体的温度有夫，因此确定了该元素基态峰和激发态峰的比值相当于确定了等离子体的温度。只要毎次测量时保持该元素的基态和激发态峰強度的比值不变，那么其他元素的基态峰与激发态峰的比值也保持不变。本发明不但大大提高了激光诱导击穿光谱仪定量分析的重复性，而且不需要标样即可获得很高的精度。下面根据具体实施例详细说明本发明，本发明的目的和效果将变得更加明显。实施例I :
本发明所使用的分析方法适用于所有元素的定量分析，本实例中所用样品为TiO2和Al2O3的混合物，其中，Ti相对Al的摩尔百分比浓度分别为0.5%，1%, 2%, 3%, 4%。具体实施步骤如下
(1)开启光谱仪；
(2)开启激光器；
(3)监测AlI (基态)和Al II (某一激发态)信号的強度，并在屏幕上实时显示两者的比值；
(4)改变激光器的输出能量，使得AlI和Al II信号的強度为ー确定值。在本实例中，Al I和Al II信号的強度比值定为2:1 (如图I所示)；
(5)记录此时的激光诱导击穿光谱；
(6)换样品，重复步骤3-5，每次测量时保证AlI和Al II信号的強度比不变，以保证每组样品測量时等离子体的温度为固定值(如图2所示，五组样品的Al II/A1 I強度比均为定值);
(7)计算各样品中TiI峰和Al I峰的強度，两者的強度比值即为对应元素组成的比值，结果如图3所示。图3显示根据本发明上述步骤获得的Ti I峰和Al I峰的強度比值存在简单的线性关系，经拟合得Ti/Al成分比与测到的峰值比之间的关系为
权利要求
1.一种激光诱导击穿光谱无标样定量分析元素组成的方法，其特征在于该方法利用控制脉冲激光器的能量使得每次测量时等离子体的温度相同，由此保证每次测量时各元素的基态和激发态强度的比值保持不变，通过对比不同元素基态峰强度来确定混合物中的各元素原子个数比，实现定量分析；所述的离子体为待分析元素通过激光诱导击穿所得。
全文摘要
本发明公开了一种激光诱导击穿光谱无标样定量分析元素组成的方法。本发明方法利用控制脉冲激光器的能量使得每次测量时等离子体的温度相同，由此保证每次测量时各元素的基态和激发态强度的比值保持不变，通过对比不同元素基态峰强度来确定混合物中的各元素原子个数比，实现定量分析。本发明通过控制等离子体的温度，相当于确定了元素基态峰和激发态峰的比例。由此可保持每次测量结果的可比性，得到精确的可以重复的元素成分分析结果。
文档编号G01N21/63GK102680435SQ20121017000
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者孔哲, 季振国, 席俊华, 张峻 申请人:杭州电子科技大学