在电感耦合等离子体原子发射光谱法中, 仍然是以溶液方式把样品引入到光源。 为了提高对水溶液的处理效果, 改变其物理性质, 采用磁力搅拌与激光辐照相结合的手段, 测量了不同实验条件下水溶液的表面张力和粘度。 将处理后的溶液引入到电感耦合等离子体(ICP)中, 测量了样品元素的谱线强度和信背比以及等离子体的激发温度和电子密度。 实验结果表明: 在磁力搅拌器的转速为1 197 r·min-1、 激光输出功率密度为0.227 6 W·cm-2和样品处理时间为15 min的优化条件下, 溶液的表面张力和粘度比未经处理时的分别减小了27.85%和8.66%; 样品元素谱线As 188.980 nm, Cd 214.439 nm, Cr 267.716 nm, Cu 324.754 nm, Hg 253.652 nm和Pb 220.353 nm的强度分别提高了32.07%, 65.36%, 18.27%, 32.29%, 19.38%和54.28%, 信背比分别增大了25.13%, 60.97%, 18.18%, 27.69%, 21.11%和48.93%。 通过测量等离子体的激发温度和电子密度两个主要参数, 在一定程度上解释了水溶液被处理以后等离子体辐射增强的原因。 这种预处理水溶液的方法能够明显提高ICP发射光谱强度, 而且与单独利用激光辐照水溶液的方法比较, 明显缩短了处理样品的时间, 有利于提高工作效率。 此方法操作简便, 在处理样品溶液过程中不存在二次污染问题, 便于推广使用。

增强激光诱导等离子体的发射光谱强度，对于精确测量微弱光谱信号，改进待测材料中低含量元素的探测灵敏度意义重要。首先对金属样品加热升温，并且在一定温度时利用波长为1 064 nm的Nd:YAG纳秒脉冲激光烧蚀样品，激发产生等离子体，测量了不同样品温度条件下等离子体的发射光谱强度和信噪比。结果表明，采用的激光能量为200 mJ时，随着样品温度的升高，等离子体辐射会逐渐增强，并且在温度为150 ℃时达到最大。计算表明，样品中分析元素Mo、Cr、Ni和Mn在温度为150 ℃时的光谱线强度比室温条件下的分别提高了54.56%，72.43%，70.29%和54.01%，光谱信噪比分别增大了37.44%，40.74%，38.6%和37.06%。实验还通过观察等离子体的照片，测量等离子体的温度、电子密度和样品蒸发量，讨论了激光诱导金属等离子体辐射增强的原因。可见，升高样品温度是改善激光等离子体光谱质量的一种有效手段。

为了研究样品温度对激光诱导等离子体辐射特性的影响, 以国家标准土壤样品为靶, 在空气中利用波长为1 064 nm的Nd∶YAG纳秒脉冲激光烧蚀不同温度(≤350 ℃)下的片状样品, 测量了激光诱导等离子体的发射光谱强度和信噪比, 计算了光谱分析检出限和信号的测量准确度.实验结果表明, 当能量为200 mJ时, 随着样品温度的升高, 等离子体辐射逐渐增强, 并且在样品温度为300℃时达到最大值.计算表明, 元素Al、Mg、Ba和Fe在300 ℃样品温度时的光谱线强度比室温条件下分别提高了67%、58%、61%和52%, 信噪比分别增大了41%、51%、28%和38%, 且元素分析检出限和光谱信号稳定性均有改善.升高样品温度有利于改善激光光谱的质量.

为了改变水溶液的物理性质, 提高ICP发射光谱的辐射强度, 实验采用波长为976 nm的近红外激光和10.6 μm的CO2激光正交辐照水溶液, 研究了不同激光功率密度和辐照时间对水溶液表面张力和粘度的影响, 也探讨了处理后水溶液对ICP光谱强度的增强作用。实验结果表明, 在976 nm激光功率密度为0.265 7 W·cm-2, CO2激光为0.2069 W·cm-2以及辐照时间为40 min条件下, 水溶液的表面张力和粘度比未进行激光处理时的分别减小了42.13%和14.03%, 而雾化效率升高了51.26%。将优化条件下激光处理的水溶液引入ICP光源后发现, 样品元素As, Cd, Cr, Hg和Pb的光谱强度比水溶液未处理时的分别提高了46.29%, 94.65%, 30.76%, 33.07%和94.58%, 信背比分别增大了43.84%, 85.35%, 28.71%, 34.37%和90.91%;等离子体温度和电子密度也分别升高了5.94%和1.18%。可见, 双光束激光正交辐照水溶液的方法能够明显降低水溶液的表面张力和粘度, 提高ICP光源的辐射强度, 这为顺利检测水样品中痕量重金属元素创造了条件。

为了减小激光诱导等离子体发射光谱中光谱线的自吸收效应, 提高激光光谱分析技术对物质中高含量元素的检测水平, 实验采用了一种平面反射镜装置约束等离子体, 比较了有或无平面反射镜装置时光谱线的线型变化。实验表明, 在无平面反射镜装置时, 样品元素Al, Mg和Mn的光谱线半高全宽度分别为0.16, 0.24, 0.058 nm, 而采用由四块平面反射镜组成的装置在空间上约束激光等离子体时分别为0.11, 0.13, 0.047 nm。结果表明, 光谱线的自吸收明显减小, 谱线线型变得比较锐且强度显著提高。通过观测等离子体照片, 测量等离子体温度和电子密度, 分析讨论了激光光谱自吸收效应降低的原因。

为了减小激光等离子体发射光谱的自吸效应, 提高激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测能力, 设计了一种平面反射镜装置对等离子体进行空间约束, 研究了不同实验条件下的光谱线线型, 定量分析了钢样品中的元素Mn和Ni.实验结果表明, 利用平面反射镜装置约束激光等离子体以后, 光谱线的自吸效应比常态条件下有明显减小;通过定量分析样品元素Mn和Ni的结果看出, 无平面反射镜装置时的相对标准偏差分别为3.70%和6.23%, 而实验中加入面反射镜装置以后分别降至1.86%和2.16%, 显著提高了分析结果的测量精度.

为了减小激光诱导等离子体中光谱线自吸收对分析结果的影响, 提高发射光谱的谱线质量, 实验利用组合式多功能光栅光谱仪和CCD探测器等组成的光谱分析系统记录光谱信息, 采用平面反射镜装置对激光等离子体进行约束, 比较了不同实验条件下光谱线的线型演化过程, 并且通过测量等离子体的温度、 电子密度以及样品蒸发量给出了合理解释。 实验结果表明, 当采用合适的平面反射镜装置约束激光等离子体时, 等离子体的轴向温度有所升高, 径向温度分布趋于均匀; 等离子体的电子密度有较大幅度的提高; 然而, 样品蒸发量却有比较明显的减小。 这几个方面的原因能够有效地降低光谱线的自吸收程度。 由此可见, 利用平面反射镜装置优化实验条件以后, 可以有效减小激光诱导等离子体发射光谱的自吸收效应, 在常量元素的定量分析中, 允许选择灵敏谱线作为分析线, 这为提高激光诱导击穿光谱技术的精确测量奠定了基础。

为了增强电感耦合等离子体原子发射光谱强度, 改善对痕量重金属元素的检测水平, 本文采用波长为976 nm的近红外激光辐照水溶液, 研究了溶液表面张力和粘度的变化情况, 并且观测了处理后的水溶液对ICP光源的光谱强度和信背比的影响。 实验结果表明: 当激光辐照时间为60 min, 功率密度为0.3296W·cm-2时, 溶液的表面张力比未处理时的减小了36.73%, 粘度减小了9.73%。 将优化条件下激光辐照处理的水溶液引入到ICP光源中, 通过测量发射光谱强度可知, 样品元素Cd, Cr, Cu, Hg和Pb的谱线强度要比溶液未处理时的分别提高了73.52%, 22.97%, 33.86%, 24.44% 和 65.59 %, 光谱信背比分别增大了76.03%, 21.74%, 32.17%, 22.68% 和65.32%。 可见, ICP光源的光谱强度和信背比得到了明显改善, 为降低元素分析检出限奠定了基础。 另外, 经激光处理后的水溶液在30 min静置时间内其表面张力和粘度基本保持不变, 物理性质稳定。 这种简便易行的激光处理水溶液方法有助于提高ICP光谱法的检测能力。

为了提高激光诱导击穿光谱质量，利用Nd: YAG激光器烧蚀土壤样品，研究了磁场作用下的激光诱导等离子体辐射特性。实验结果表明，在相同激光输出能量条件下，随着磁场强度的增大，等离子体的辐射强度逐渐增强。计算可知，当采用的磁场强度为0.5 T时，样品元素Al，Fe，Ba和Ti的光谱线强度比无磁场作用时的分别增强了52.35%，46.64%，64.01%和51.73%，光谱信噪比分别提高了45.44%，69.64%，4026%和41.33%；而等离子体的电子温度和电子密度分别提高了1 355.01 K和0.53×1016 cm-3。可见，利用磁场约束等离子体的技术是提高激光光谱质量的一种有效方法。

为了提高激光诱导击穿光谱质量，获得优化的实验条件，以不锈钢样品为靶材，采用高能量铷玻璃脉冲激光烧蚀样品，由多功能组合光栅光谱仪和计算机采集系统记录光谱，分析了激光等离子体在有或无碳室约束条件下的辐射强度变化情况.通过测量电子温度和电子密度，探讨了激光诱导等离子体辐射的增强机理.实验结果表明，当采用内径为4.0 mm、高度为9.0 mm的小型碳室约束激光等离子体时，其发射光谱强度和信噪比均有大幅提高，电子温度和电子密度也有所上升.可见，利用这种空间约束方法能够有效地改善激光光谱质量.