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石墨在空气、氩气、氦气和氮气中激光烧蚀产生的等离子体化学
摘要： 通过时间分辨原子分子发射光谱研究了石墨靶材在大气压空气、氩气、氦气和氮气环境中烧蚀时产生的激光诱导等离子体化学过程。实验采用直径6毫米、能量212毫焦、波长1064纳米的纳秒级Nd:YAG激光，聚焦至约1毫米光斑尺寸作用于纯度99.9%的石墨样品。监测了C I 247.86纳米、N I 821.50纳米和O I 777.19纳米的原子发射谱线，以及C2（473.71纳米）和CN（359.04纳米与388.30纳米）分子带的时间演化（0.2至220微秒）。其中C I和C2发射呈现近指数衰减特征，而空气和氮气环境中的CN发射表现出两个局部峰值：等离子体点火后0.2微秒和20-30微秒。首个峰值源于烧蚀碳物质与约束背景气体产生的早期等离子体化学反应，第二个峰值则归因于原子复合及冲击波诱导的等离子体羽流激发。不同背景气体烧蚀时观察到两大效应：首先，空气中约21%的氧含量对原子谱线影响甚微，但相比纯氮环境显著降低了CN发射强度与寿命，这归因于空气中氮物质作为反应伙伴的减少；其次，由于氩气可能具有更高等离子体温度，该气体既增强原子物质的发射强度与寿命，又抑制C2物种的形成。由于发射光谱系统采用背散射模式收集光学信号（无空间分辨率地整合整个等离子体体积和门控时间），所获等离子体发射的时间分辨行为仅与发射体数密度相关，而非特定等离子体区域的位置特征。
关键词： 原子分子发射、激光诱导击穿光谱、等离子体化学、石墨
更新于2025-09-23 15:19:57
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利用激光诱导击穿光谱（LIBS）的高级统计分析对黑曜石样本进行溯源
摘要： 世界各地众多史前人群曾充分利用黑曜石（一种火山玻璃）的贝壳状断口特性来制作工具和武器。对考古学家而言，明确这些人工制品的地质来源对重建人群迁徙与互动至关重要。本文通过激光诱导击穿光谱技术[LIBS]分析了西地中海地区228份地质黑曜石样本的检测数据。本研究中的LIBS实验在实验室环境下完成，但未来手持式LIBS设备有望直接应用于考古发掘现场或博物馆环境中的原位检测。我们采用监督式多元分析方法——二次判别分析[QDA]处理LIBS光谱数据，详细阐述了这种先进数据处理方法的流程，并通过多项质量指标评估了该模型对样本的分类效能。本研究所涉黑曜石样本集的分析结果表明：经QDA处理的LIBS数据能有效解决本案例中的溯源问题，该模型可推广应用于同地理区域的考古样本。更广义而言，本文方法可为其他基于LIBS的分类研究提供通用指导框架。
关键词： 考古学、激光诱导击穿光谱（LIBS）、石器来源分析、黑曜石、先进数据处理
更新于2025-09-23 10:05:36
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激光诱导击穿光谱与主成分分析在含金矿石光谱分类中的应用
摘要： 激光诱导击穿光谱（LIBS）与主成分分析（PCA）被应用于对压制块体金矿石粉末样品的LIBS光谱分类。每个样品获取了5000条单次激发LIBS光谱。尽管样品金含量高达7.7微克/克，但多数单次光谱中未观测到金发射线，使得常规光谱集合平均处理方法不可行。研究采用PCA方法分析单次激发LIBS光谱集合，选取21纳米和0.15纳米宽的两个光谱区间，将LIBS变量（即波长）降维至不超过三个主成分。在金(I)267.59纳米发射线周边小于1纳米的狭窄光谱范围内，通过PCA成功区分含金发射线（阳性光谱）与不含该特征（阴性光谱）的单次光谱。鉴于极低浓度下金的离散分布特性，LIBS对金颗粒的采样概率极低，因此将阳性光谱视为数据异常值。利用样本残差和马氏距离两个PCA统计参数可实现异常值检测。将该分类结果与标准数据库对比验证——该数据库通过滤波算法建立，筛除金强度低于最小可检测LIBS信号（即LIBS检出限）的光谱。与标准数据库相比，PCA方法成功识别出100%的数据异常值。多元分析中的误判主要源于单次激发强度波动及干扰发射线的存在。
关键词： 金矿石分析、激光诱导击穿光谱、主成分分析、数据异常值、主成分分析、激光诱导击穿光谱
更新于2025-09-19 17:13:59
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快递：用于当量比测量的时间门控单次脉冲皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）技术
摘要： 我们展示了采用时间门控皮秒激光诱导击穿光谱（ps-LIBS）测定常压绝热甲烷-空气火焰局部当量比的方法。传统用于当量比测量的纳秒（ns）激光脉冲会产生过量连续谱，降低测量准确度与精密度。更短的脉冲持续时间通过限制雪崩电离来减少连续谱发射。此外，与飞秒激光相比，皮秒激光激发的等离子体发射具有较高信噪比（S/N），适用于湍流反应流中当量比测定的单次测量。我们分析了等离子体发射比Hα（656 nm）/NII（568 nm）与激光能量及延迟时间的依赖关系，以优化信噪比并最小化当量比测量不确定度。研究发现，在保持高信噪比的同时，提高激光能量并缩短延迟时间可降低测量不确定度。除常压火焰研究外，我们还检验了高压氮气腔室中ps-LIBS信号的稳定性。结果表明，在升压环境（最高40巴）下使用较低激发能量时，等离子体发射与空间位置可实现单次激发的稳定性。本研究表明，皮秒脉冲在改善常压及高压燃烧环境中基于LIBS的当量比测量方面具有应用潜力。
关键词： 时间分辨光谱学、燃烧诊断、激光诱导击穿光谱、皮秒现象、激光诱导击穿光谱（LIBS）
更新于2025-09-19 17:13:59
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利用激光诱导击穿光谱（LIBS）和傅里叶变换红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）进行法医土壤分析：原理与案例研究
摘要： 土壤是关键的微量物证，能够建立或排除嫌疑人、受害者与特定现场物品之间的关联，从而助力案件侦破。激光诱导击穿光谱（LIBS）和傅里叶变换红外衰减全反射光谱（FTIR-ATR）因其快速、无损、操作便捷且几乎无需样品制备的特点，已被证实是有效的土壤表征技术。本研究探究了这两种技术在典型土壤样本司法分析中的原理，并通过应用于两起刑事案件中的司法土壤样本测试其实操可行性。对典型土壤样本的主成分分析（PCA）显示，LIBS和FTIR-ATR光谱能清晰区分五种典型土壤类型。土壤元素（如Si、Mg、Al、Ca、K、O和N）及官能团（如O-H/N-H、C=C/C=O、Si-O、CO3 2-、Al-OH和NH2）的差异是土壤鉴定的关键指标。案例结果表明，LIBS和FTIR-ATR在未来案件司法土壤分析中展现出巨大潜力。
关键词： 法医学、激光诱导击穿光谱、刑事科学技术、土壤鉴定、中红外衰减全反射光谱
更新于2025-09-19 17:13:59
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硅酸盐岩石激光诱导击穿光谱分析中非线性多元校准的新方法
摘要： 本文提出了一种硅酸盐岩石定量激光诱导击穿光谱（LIBS）分析的新方法。该方法改编自Franzini和Leoni算法——该算法广泛应用于X射线荧光分析中，用于校正地质材料成分测定时的基体效应。为展示新方法的特性，通过建立线性单变量校准曲线、线性多变量校准曲面（PLS）及人工神经网络，对19种地质标准样品中的九种元素进行了定量分析，并将结果与采用本算法得出的预测值进行对比。研究发现：Franzini和Leoni方法比线性单/多变量方法精度更高，且与人工神经网络的应用结果相当。该方法的显著优势在于能利用线性优化算法构建多变量非线性校准曲面，这一特性使得Franzini和Leoni方法在LIBS分析中的应用比基于人工神经网络的算法更简便（且可控）。
关键词： 激光诱导击穿光谱、人工神经网络、多元分析、地质学、偏最小二乘法
更新于2025-09-19 17:13:59
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微激光诱导击穿光谱技术的研究与应用进展
摘要： 微激光诱导击穿光谱技术（μLIBS）通常指利用光学显微镜量级的小型聚焦激光束对样品表面进行分析。与常规激光诱导击穿光谱（LIBS）相比，它能在更小、更少的样品条件下提供更丰富的形态、结构和含量信息，因而应用领域十分广泛。本文介绍了μLIBS在激光光源选择和光路系统结构方面的基本现状，并综述了其在金属、半导体、动植物领域的应用，指出了现存问题及潜在发展方向。
关键词： 分离、烧蚀坑、激光诱导击穿光谱、综述、微分析
更新于2025-09-19 17:13:59
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利用激光诱导击穿光谱检测油浸式变压器铜颗粒污染
摘要： 变压器油因颗粒污染（尤其是铜颗粒）导致的劣化会严重影响油浸式变压器的安全运行。因此，检测变压器油中的金属颗粒至关重要。本研究首次将激光诱导击穿光谱（LIBS）技术应用于变压器油诊断领域。通过筛选有效检测点，在测试浓度范围为0.54至12.4微克/克的油样后，获得了铜颗粒浓度与LIBS信号的相关性，并建立了Cu I 324.75纳米/CN 358.6纳米和Cu I 327.39纳米/CN 358.6纳米的校准曲线。结果显示出高度线性，两条校准曲线在0.54至3.1微克/克范围内的决定系数R2均优于0.99。根据Cu I 324.75纳米/CN 358.6纳米拟合曲线推导的检测限（LOD）为0.77微克/克，符合行业标准规定的临界值。因其灵活性，该方法可作为变压器油中颗粒浓度检测的新型技术。
关键词： 铜颗粒、滤纸基底、变压器油、激光诱导击穿光谱
更新于2025-09-19 17:13:59
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利用间接激光诱导击穿光谱法测定水中氯和硫含量
摘要： 由于氯（Cl）和硫（S）元素具有较高的电离能，直接激光诱导击穿光谱（LIBS）技术对这两种元素的检测灵敏度较差。为此提出了一种间接激光诱导击穿光谱（ID-LIBS）新技术来提升Cl和S元素的检测灵敏度。该方法通过检测Ag与氯离子沉淀反应后剩余的银（Ag）来间接测定水中的Cl，同样利用Ba与硫酸根沉淀反应后剩余的钡（Ba）来间接测定水中的S——这是因为Ag和Ba具有较低的电离能且易于激发。实验检测了Ag I 546.5 nm和Ba I 553.5 nm谱线，测得Cl和S的R2值分别为0.999和0.997，定量限（LoQ）分别为2 mg/L和5 mg/L。与直接检测Cl I 822.17 nm和S I 921.28 nm谱线相比，该技术的检测灵敏度提升了约三个数量级。结果表明间接LIBS技术能实现水中Cl和S元素的灵敏检测，显示出该技术在水元素分析领域具有巨大应用潜力。
关键词： 间接激光诱导击穿光谱法、水质分析、激光诱导击穿光谱、测定
更新于2025-09-19 17:13:59
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激光诱导击穿光谱结合共振拉曼散射测定硫含量
摘要： 硫是工业中的重要元素，但激光诱导击穿光谱（LIBS）难以检测。本研究通过结合LIBS与共振拉曼散射（LIBS-RRS），在硫等离子体中观测到二硫化物自由基的拉曼散射。聚焦激光束烧蚀硫产生等离子体时，部分硫原子结合形成二硫化物自由基。采用306.4 nm波长激光激发二硫化物自由基共振拉曼信号，在710 cm?1和1420 cm?1拉曼位移处观测到信号。通过混合不同含量硫与氧化铝（Al2O3）粉末，在相同烧蚀激光能量下获得LIBS和LIBS-RRS校准曲线。硫原子发射谱线S I 921.28 nm的校准曲线线性系数（R2）为0.285，检测限（LoD）为13.092 wt%；而LIBS-RRS中S2 710 cm?1的R2达0.966，LoD仅为0.118 wt%。结果表明，LIBS-RRS的二硫化物自由基拉曼散射在硫含量测定及等离子体分子演化诊断方面具有应用前景。
关键词： 激光诱导击穿光谱，二硫键自由基，共振拉曼散射
更新于2025-09-19 17:13:59