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精彩問答集錦|激光擊穿光譜的核領(lǐng)域應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2024-09-10
卓立漢光“名師講堂”第九期:《激光擊穿光譜的核領(lǐng)域應(yīng)用》圓滿結(jié)束,感謝中國原子能科學(xué)研究院高智星研究員的精彩分享,也非常感謝各位與會嘉賓的積極互動,現(xiàn)為將現(xiàn)場問答分享如下,供各位參考、交流。
精彩問答集錦如下:
1、高老師,您好!libs產(chǎn)品可以在現(xiàn)場測金屬材料成分嗎?
可以。目前市面上有手持的libs應(yīng)用裝備現(xiàn)場識別金屬材料的儀器,用于庫存管理和廢舊金屬回收。如果需要測量一些非常*的金屬材料成分,也可以另行研發(fā)。
2、高老師,您好!35頁ppt里光學(xué)腔結(jié)構(gòu)如何有效收集發(fā)射光譜?如何去掉入射激光光源譜?
具體參考我們的文件:zl2015 2 04547474一種增強(qiáng)型等離子體發(fā)光信號收集器
3、氣溶膠檢測那部分是用的遠(yuǎn)程libs嗎?高老師課題組應(yīng)該也在做吧?高老師能否簡單介紹下這部分工作,目前能測到多遠(yuǎn)距離?
我們這個針對的場景是氣態(tài)排放物的在線測量和污染空氣的現(xiàn)場測量。氣溶膠成分的遠(yuǎn)程探測有兄弟單位在做,屬于激光雷達(dá)項(xiàng)目lidar,應(yīng)該采用望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)傳輸和收集光信號,閃光的幾何收集效率受限,靈敏度可能不會太高。目前對固態(tài)物質(zhì)表面沾染物的探測距離大概是半米到數(shù)十米左右。
4、高老師,針對很容易被激光打壞的材料,libs是否可以進(jìn)行檢測?
libs技術(shù)雖然宣稱是無損分析,但實(shí)質(zhì)上還是微損分析,本身需要將少量的物質(zhì)(微克或者更少)加熱到等離子體狀態(tài)才能開展光譜分析。對于脆性材料,可以考慮飛秒激光擊穿光譜減少燒蝕量和熱力沖擊。如果應(yīng)用可以接受極小的表面損傷,損傷尺度微米量級,幾乎肉眼難以發(fā)現(xiàn),可以開展測量。
5、高老師,您好!定性識別元素與拉曼光譜識別技術(shù)的區(qū)別?
libs技術(shù)主要開展元素的識別,屬于原子光譜分析技術(shù),光譜信號來自外層電子的躍遷。拉曼光譜主要用于分子基團(tuán)的識別,屬于分子光譜分析技術(shù),光譜信號來源于分子鍵轉(zhuǎn)動、振動能級的躍遷。
6、高老師,用libs技術(shù)定量確定核危險(xiǎn)物的含量貌似從實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用角度來看不是非常必要的
核法證學(xué)和材料成分的在線分析需要能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場、快速、定量分析的技術(shù)裝備,確實(shí)有這方面的需求。關(guān)鍵問題是,libs技術(shù)定量測定的準(zhǔn)確度和精確度能否滿足應(yīng)用的實(shí)際需求。業(yè)內(nèi)接受和認(rèn)可libs裝備,需要從技術(shù)上演示libs定量分析的成熟度和可靠性,作為一種“新技術(shù)”,也需要積極宣傳。
7、高老師,您好!激光器選擇的波長有什么依據(jù)呢
目前看,各個波段的激光器都有使用,取決于具體的應(yīng)用場景和對象。需要說明的是,激光激發(fā)等離子體往往是一個非線性吸收過程,以多光子效應(yīng)為主,而非共振吸收。當(dāng)然,如果條件允許,選擇激光波長與測試對象共振吸收峰匹配的激光器,可以降低對激光器功率的要求,可能有助于提高光譜強(qiáng)度和準(zhǔn)確度。不建議選用樣品反射率或透過率較高波段的激光器。
8、高老師,激光打到樣品上產(chǎn)生等離子體,是不是必須要金屬樣品才可以呢?對于半導(dǎo)體材料來說,很難產(chǎn)生等離子體效應(yīng)
金屬樣品很容易產(chǎn)生激光等離子體,大概激光的強(qiáng)度時(shí)是每平面厘米兆瓦量級。非金屬材料則需要更高的激光強(qiáng)度,比如每平方厘米吉瓦。透明材料由于吸收系數(shù)較低,甚至需要更高的強(qiáng)度。需要注意,激光強(qiáng)度超過10~100gw,有可能發(fā)生空氣擊穿。半導(dǎo)體材料在紅外區(qū)的吸收可能比較小,建議試試更短波長的激光器,比如可見或者紫外波段的激光器。
9高老師,您好,激光擊穿光譜,一般都選擇什么譜儀?是針對特定譜段嗎?對分辨率通常有什么要求?另外,您這邊涉及紫外、近紅外波段的情況多嗎?比如200nm以下,900多nm,針對這些特殊波段,你們?nèi)绾翁岣咛綔y的靈敏度?謝謝您!
考慮到離子熱運(yùn)動產(chǎn)生的多普勒展寬等因素,一般認(rèn)為光譜分辨率優(yōu)于0.1nm即可滿足元素識別的需求。如果不做同位素分析,常規(guī)的光纖光譜儀(分辨率0.03-0.05nm)就可以開展一些應(yīng)用研究。實(shí)驗(yàn)室配置的光譜儀因?yàn)樘綔y對象不一,一般光譜范圍涵蓋200-900nm即可。如果有明確的探測對象和元素的光譜范圍,可以根據(jù)具體情況選擇單通道(通常譜寬100nm左右)和多通道光譜儀。
紅外波段的原子發(fā)射譜線不是很豐富,但是可觀測的分子譜線逐漸增多,因此libs的一個新的研究方向是開展激光擊穿-分子光譜分析,因?yàn)槟承┓肿幼V線的同位素位移比較大,可以用于同位素的探測。選用紫外波段的光譜儀,出發(fā)點(diǎn)可能是避免伴生的熒光或拉曼光譜的干擾,提高光譜信噪比。實(shí)際上,熒光光譜一般比較寬,可以通過數(shù)值濾波等光譜處理方法扣除。
10 還有個問題,除了libs定性的測量,定量的研究,有什么注意事項(xiàng)或者您有什么建議嗎?libs+拉曼的研究,目前你們是否有開展?謝謝您!
如果一定要建議,那么就是根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇定量分析的技術(shù)路線,比如內(nèi)標(biāo),外標(biāo)和自由定標(biāo)。戶外,現(xiàn)場作業(yè),個人推薦自由定標(biāo)。
我們研究室有激光拉曼光譜的研究人員,在libs/raman聯(lián)用方面也有所考慮。
11高老師,便攜式設(shè)備的光譜分辨率是多少,鈾和鐵之類的干擾如何進(jìn)一步分辨?
可以考慮選用多條譜線進(jìn)行判斷,鈾和鐵并不是每一條譜線都距離很近。另外,可以考慮利用人工智能進(jìn)行光譜處理和判讀。
12 橢球腔閃光收集器,是否容易被等離子體的飛濺污染?謝謝老師!
目前還沒有發(fā)現(xiàn),在本例中,等離子體冷卻產(chǎn)生的顆粒物應(yīng)該被高速氣流帶出腔室了。
13 高老師,毫克級燒蝕量對核材料的運(yùn)行影響大么?
libs分析的樣品損耗量是微克量級,基本和產(chǎn)品表面的激光打標(biāo)相當(dāng),應(yīng)該可以接受。
14我是中科院安光所的張志榮,也從事libs研究,水中的核素比如氕氘氚是否可以測量?
氕氘氚的同位素位移很大,可以測量,需要結(jié)合具體應(yīng)用背景確認(rèn)探測靈敏度,準(zhǔn)確度和精確度是否可以接受。比如工藝監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測對水中氚的探測限要求不一樣。
【下期會議預(yù)告,敬請關(guān)注】
2021年3月王遠(yuǎn)航老師上海光學(xué)精密機(jī)械研究所基于微區(qū)rs&libs的中藥殘留化合物和重金屬檢測技術(shù)研究;
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