钽铌矿中Ta和Nb元素含量极低，采用常规激光诱导击穿光谱（LIBS）技术面临检测灵敏度不足的问题，双脉冲LIBS技术可显著改善分析灵敏度，但设备成本高。为此，提出一种基于单激光分束构造的双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）技术对钽铌矿中Ta和Nb元素进行高灵敏度检测。在对离焦量、采集延时、激光能量等实验参数优化的基础上，建立了LIBS定量分析模型。结果表明：所提的DP-LIBS系统对Ta和Nb元素特征谱线强度比单脉冲LIBS增强3~4倍，检测灵敏度提高约2倍，Ta和Nb元素检出限分别达到195.91 μg·g^-1和81.79 μg·g^-1。为钽铌矿痕量Ta和Nb元素的快速高灵敏度定量分析提供了一种有前景的检测方法。

到目前为止, 尚没有适用于大型金属材料试样元素偏析定量检测的有效方法。该研究将新兴的激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于生铁中Si、Mn、Ti元素偏析的同步检测, 选取Si (288.16 nm)、 Mn (293.31 nm) 和Ti (334.94 nm)作为三种元素的定量分析谱线, 同时选取Fe (263.58 nm, 441.51 nm, 370.79 nm)分别作为三种元素的内标谱线, 使用内标法降低基体效应的影响。定标拟合系数R2分别为0.991 7、0.990 3和0.991 2, 因此证明LIBS适用于对生铁中Si、Mn、Ti元素的准确同步定量检测。随后将取自高炉的铁样切割为两个圆形的铁块, 用空间分辨的LIBS装置对样品表面进行面扫描分析并得出元素分布图, 基于元素分布图识别出Si、Mn、Ti元素的偏析区域并计算最大正偏析度和负偏析度。该研究证明了LIBS用于同步检测生铁中Si、Mn、Ti元素偏析的可行性, 同时也揭示了生铁中合金元素的偏析规律, 有利于加深对凝固过程元素迁移和分布的理解和认识。

在激光诱谱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)中, 元素特征光谱信号强度和信噪比在不同采集延时下具有显著差异, 直接影响定量分析的结果。 LIBS分析系统通常采用通用型延时发生器来控制采集延时, 然而其体积大、 功耗高、 价格昂贵, 不利于LIBS仪器的小型化和便携化。 为此, 采用单片微控制器芯片和简单外围电路设计实现了具有55 ps可调延时精度的多通道微型同步时序发生器(简称LDG30), 大幅度降低了同步时序发生器的体积、 功耗和成本。 对比LDG30与一种典型通用延时发生器DG535作为同步时序发生器的LIBS系统, 以钒钛生铁中微量钒(V)元素定量检测为例进行两种同步时序发生器性能分析。 结果表明, 采用LDG30和DG535的LIBS系统建立的V元素定标曲线拟合系数R2均大于0997, 前者的平均相对标准偏差ARSD略小于后者, 达到228%; 前者检测极限LoD略低于后者, 达到1990 μg·g-1。 因此, 自主设计的同步时序发生器LDG30与DG535在LIBS系统中的精度基本一致, 完全满足LIBS系统的实际控制和集成应用需求, 特别适合于体积与功耗受限的LIBS仪器。

在大气环境中, 采用激光诱导击穿光谱技术与支持向量机算法相结合, 对来自不同厂家不同颜色的20种工业塑料进行分类研究。 首先对分类结果有影响的实验参数进行优化, 在最佳的实验参数条件下进行光谱采集, 采用6条非金属元素特征谱线, 有效缩短了训练支持向量机分类模型所需时间, 从而提高了塑料的分类效率。 实验结果表明, 利用碳、 氢、 氧、 氮等主量非金属元素对这些工业塑料样品进行分类, 测试集1 000个光谱数据中有996个识别正确, 算术平均识别精度达到996%。 在选取较少的主量非金属特征谱线的情况下, 结合采用支持向量机算法, 可以实现激光诱导击穿光谱技术对更多类型的塑料制品快速、 高精度分类, 为激光诱导击穿光谱技术在实现塑料分类方面提供了数据参考。

采用显微激光诱导击穿光谱技术对低合金钢标准样品进行定量分析, 空间分辨率达到20 μm, 单脉冲检测极限(LoD)为0.10%。 根据谱线强度和元素浓度的关系获得Mn元素的基本定标曲线, 定标曲线的拟合度系数R2为0.97, 采用去一交互验证法预测了样品中Mn元素的浓度, 七个样品的平均预测误差为12.91%, 去一交互验证均方根误差为0.11%。 采用内标法时定标曲线的拟合度系数R2为0.99, 七个样品的平均预测误差为7.25%, 去一交互验证均方根误差为0.07%。 实验结果表明显微激光诱导击穿光谱技术能有效应用于物质微区元素的高精度定性、 定量分析。

为分析和检测铁矿石表面多成分的分布情况, 采用532 nm Nd∶YAG脉冲激光, 设计面扫描分析方法, 结合自行开发的软件, 首先对标准样品进行面扫描分析, 建立定标曲线, 说明元素含量与谱线强度的关系。 然后对由标准样品压制的表面元素含量分布不均匀的样品进行面扫描分析, 生成二维分布图, 并与样品表面形貌进行比较, 验证了分析方法的正确性。 最后以100 μm的分辨率对天然铁矿石样品表面14 mm×11 mm范围内进行面扫描分析, 得到其表面Ca, Al, Ti和Mn四种元素的分布情况, 并将分析结果与铁矿石表面形貌相比较。 结果表明, 激光诱导击穿光谱技术作为一种成分分析方法, 可以对不均匀样品的表面成分分布情况进行定性分析。

激光诱导击穿光谱技术是一种新型的原子光谱分析技术,具有实时快速、多元素同时分析和样品预处理简单等特点,从一出现便受到研究人员的广泛关注,但分析灵敏度差一直是限制该技术发展的重要因素.基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术将原子荧光光谱技术和激光诱导击穿光谱技术结合,对目标元素进行选择性激发,可以大幅提高激光诱导击穿光谱技术的分析灵敏度,极大地拓展了LIBS技术在痕量元素检测领域的应用.本文综述了基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的研究进展,介绍了激光诱导等离子体中荧光光谱的产生过程以及基于共振激发的激光诱导击穿光谱技术的基本类型和基础原理,详细分析了烧蚀激光能量、共振激发激光能量和波长、烧蚀激光和共振激发激光之间的延时以及光谱采集门宽对光谱增强效果的影响,阐述了其在冶金、环境监测、同位素检测等领域的应用现状和存在的问题,并对其未来发展前景进行了展望。

采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术测量钢铁中钒、 钛元素的含量。 选取V Ⅰ 440.85 nm和Ti Ⅰ 334.19 nm作为定量分析谱线、 基体元素谱线Fe Ⅰ 438.35 nm作为内标谱线, 分别建立了基本定标法和内定标法的钢铁样品中V和Ti含量的光谱分析定标曲线, 并将它们用于检验样品的定量分析。 研究表明, V和Ti基本定标曲线的拟合相关系数R2分别为0.987 5和0.990 9, 对检验样品中V和Ti元素的测定相对误差最大分别为11.1%和4.0%； 而采用内定标法时, V和Ti的拟合相关系数R2分别达到0.995 2和0.992 1, 对检测样品中V和Ti元素的测定相对误差均可降低到4.0%以下。 结果证明, 采用内定标的激光诱导击穿光谱分析方法更适于钢铁样品中钒、 钛含量的测定。

为了研究双曲正弦高斯光束在梯度折射率介质中的传输特性, 利用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分法推导了光束强度分布解析表达式, 据此结合空间二阶矩定义得到了束腰宽度和位置的解析表达式, 并对光束强度分布、光斑尺寸、束腰宽度及其位置进行了数值计算和分析。结果表明, 轴向光强分布呈周期性变化, 横向光场分布受梯度折射系数和光束参量影响, 通过对这些参量的适当调整, 可以改变光斑尺寸和束腰位置。