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铅的激光烧蚀坑模拟及单脉冲激光诱导击穿光谱检测

铅的激光烧蚀坑模拟及单脉冲激光诱导击穿光谱检测

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作者：陆茵非天津大学

学位级别：硕士

随着激光技术的不断发展,特别是脉冲激光的出现,单脉冲激光诱导击穿光谱技术(Single-Shot Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)已经成为物质检测领域的一个引人注目的分支。本文从分子动力学模拟以及对元素的定性定量实验两个方面入... 详细信息

随着激光技术的不断发展,特别是脉冲激光的出现,单脉冲激光诱导击穿光谱技术(Single-Shot Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)已经成为物质检测领域的一个引人注目的分支。本文从分子动力学模拟以及对元素的定性定量实验两个方面入手,对单脉冲LIBS技术进行了研究,主要内容包括:在理论方面,本论文建立了崭新的激光烧蚀模拟模型。利用非稳态热传导方法和EAM势相结合的算法,编写了激光烧蚀铅样品的二维分子动力学模拟程序,对激光表面烧蚀坑随时间的变化进行了模拟。在模拟中,本文的模型先利用非稳态热传导方程,得出加载激光后粒子的初速度情况;再利用EAM势及其推导出的作用力,得出在具有初速度和金属键逐渐被破坏的情况下,粒子之间的相互作用及运动情况。通过对烧蚀坑及其喷射粒子进行的研究,统计了烧蚀坑外粒子的速度分布情况,计算了对铅的405.8nm特征发射光谱有贡献的那一部分粒子占喷出总粒子数的百分比,找出了这个百分比随时间的变化情况,并进行了讨论。在实验方面,本文主要使用脉冲宽度为10ns的Nd: YAG调Q激光器,利用单脉冲LIBS技术,对铅进行了定性和定量检测。本文讨论了单脉冲LIBS技术在元素检测上的意义及优缺点,并对单脉冲信号的可重复性和数据处理方法进行了分析。此外,本文还深入研究了铅的各类发射光谱,并对选择405.8nm的发射光谱线作为检验铅元素存在依据的原因进行了解释。在定性分析中,本文利用单脉冲LIBS技术,得出了纯铅、含铅玻璃、焊丝、Pb Sn合金中的激光诱导发射光谱,并验证了使用405.8nm光谱线作为检验依据的正确性。在定量分析中,本文讨论了脉冲能量分别为107mJ、139.2mJ、171.5mJ,波长分别为1064nm、532nm、1064/532nm的激光作用下,纯铅样品发射光谱的定量变化情况;比较了相同波长、不同能量的单脉冲激光对铅定量分析的影响,不同波长、相同能量的单脉冲激光对铅定量分析的影响,以及不同能量,相同波长的双光束脉冲激光对铅定量分析的影响。本工作在铅检测方面有潜在的应用价值。

关键词：单脉冲激光诱导击穿光谱学分子动力学模拟激光烧蚀热传导方程 EAM势定性定量分析

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