JSPECgydF4y2Ba 《光谱学gydF4y2Ba 2314 - 4939gydF4y2Ba 2314 - 4920gydF4y2Ba Hindawi出版公司gydF4y2Ba 10.1155 / 2014/849310gydF4y2Ba 849310年gydF4y2Ba 研究文章gydF4y2Ba 从Time-Integrated激光诱导击穿光谱提取时间分辨信息gydF4y2Ba 热那亚gydF4y2Ba EmanuelagydF4y2Ba 1gydF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0002 - 1871 - 0647gydF4y2Ba LegnaioligydF4y2Ba 斯特凡诺gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0001 - 9204 - 4462gydF4y2Ba LezzerinigydF4y2Ba 马可gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba LorenzettigydF4y2Ba 会gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0002 - 6645 - 4924gydF4y2Ba PagnottagydF4y2Ba 斯特凡诺gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba http://orcid.org/0000 - 0002 - 6377 - 7656gydF4y2Ba PalleschigydF4y2Ba VincenzogydF4y2Ba 1、3gydF4y2Ba LazicgydF4y2Ba VioletagydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 应用和激光光谱实验室,ICCOM-CNRgydF4y2Ba 比萨的研究领域,通过g . Moruzzi 56124比萨gydF4y2Ba 意大利gydF4y2Ba cnr.itgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 大学地球科学系的比萨gydF4y2Ba 通过美国玛丽亚53,56126比萨gydF4y2Ba 意大利gydF4y2Ba unipi.itgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 文明和形式的知识,比萨大学gydF4y2Ba 通过l . Galvani 56126比萨gydF4y2Ba 意大利gydF4y2Ba unipi.itgydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 06gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 09年gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 29日gydF4y2Ba 12gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 2014年gydF4y2Ba 版权©2014 Emanuela热那亚等。gydF4y2Ba 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。gydF4y2Ba

激光诱导击穿光谱(LIBS)数据的特点是强烈依赖收购时间激光等离子体发生之后。然而,时间分辨宽带光谱仪是昂贵的和经常不适合用于便携式LIBS仪器。在本文中,我们将展示一系列LIBS光谱,分析了在不同的激光脉冲延迟后,允许时间分辨光谱信息的恢复。这样的比较提出了光谱分析铝合金。电子温度和等离子体参数(密度)进行评估,分别从time-integrated和时间分辨光谱。结果进行比较和讨论。gydF4y2Ba

 1。介绍gydF4y2Ba

表演时间分辨测量填词的重要性被Cadwell强调许多年前et al。gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba),介绍了缩写TRELIBS(时间分辨填词)来识别这种分析。等离子体参数,在库,在时间和空间上变化;等离子体温度和电子密度的概念意义只在局部热平衡近似的框架(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba),这可能会在一个有限的时间窗口,但肯定不是应验在等离子体的第一时刻创造和扩张(等离子体膨胀特征倍大于碰撞平衡时间)在一生的最后一部分等离子体,等离子体冷却和电子数密度低于极限值的麦克沃特标准(gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba]。因此,任何形式的LIBS分析它们依赖于计算上述参数之一应该是,原则上,使用时间,执行(和空间)光谱仪得到解决。gydF4y2Ba

然而,时间分辨宽带光谱分析仪,因为使用的一个库的应用程序,一般是昂贵的,他们通常是不合适的,因为他们的尺寸,复杂性,和敏感环境温度等外部变量,对任何使用外部的实验室。廉价的宽带光谱仪,另一方面,是健壮和可靠的移动和便携的使用库工具,提供了一个超过可接受的光谱分辨率,但其光谱采集只能推迟对激光脉冲,是积分时间通常比等离子体寿命更长。gydF4y2Ba

人能因此怀疑的等离子体参数可以从这种time-integrated光谱,计算在给定激光脉冲的延迟,将实际上代表的“真”值等离子体温度和电子数密度在那一刻。从直观的角度,自库光谱强度是一个收购延迟时间的指数递减函数,它是合理的假设的主要贡献time-integrated频谱将来自一个非常有限的时间窗口,信号的衰减时间的顺序,因此模仿的影响时间分辨测量(见图gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

等效门次time-integrated LIBS分析。gydF4y2Ba

这项工作的目的是对时间的依赖关系的分析time-integrated LIBS光谱,获得了不同延迟时间的单引号和双脉冲配置在一个铝样本,目的是重建时间分辨光谱和比较这些光谱的等离子体参数估计的使用time-integrated方法获得。gydF4y2Ba

 2。实验的程序gydF4y2Ba

的获取时间分辨信息的目的time-integrated光谱,我们获得一组库光谱的目标,一个铝样本已知的成分,使用莫迪仪器(gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba),这是基于双脉冲(gydF4y2Ba 5gydF4y2BaNd: YAG激光、操作的波长1064 nm。在目前的实验中,1的两个激光脉冲延迟gydF4y2Ba μgydF4y2Ba年代;每个脉冲的能量60 mJ 10 ns。激光脉冲是专注于目标,使用100 mm焦距镜头。LIBS信号收集光纤和发送到AvaSpec双通道光纤光谱仪的;收购时间被推迟了对第一个激光脉冲的方式从第二个脉冲的有效采集延迟从260 ns(内部延迟的光谱仪)10260 ns(见图gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba和表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)。光谱仪的积分时间是2.48毫秒。gydF4y2Ba

收购延迟用于这项工作。额外的内部延迟260 ns必须被添加到组的延迟获取实际的延迟从第二个激光脉冲。gydF4y2Ba

设置延迟(ns)gydF4y2Ba 实际延迟(ns)gydF4y2Ba (gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba )gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba (ns)gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba (ns)gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 260年gydF4y2Ba 301年gydF4y2Ba 83年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 83年gydF4y2Ba 343年gydF4y2Ba 405年gydF4y2Ba 125年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 3gydF4y2Ba 208年gydF4y2Ba 468年gydF4y2Ba 614年gydF4y2Ba 292年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 500年gydF4y2Ba 760年gydF4y2Ba 1010年gydF4y2Ba 500年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 1000年gydF4y2Ba 1260年gydF4y2Ba 1760年gydF4y2Ba 1000年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 6gydF4y2Ba 2000年gydF4y2Ba 2260年gydF4y2Ba 3760年gydF4y2Ba 3000年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 7gydF4y2Ba 5000年gydF4y2Ba 5260年gydF4y2Ba 7760年gydF4y2Ba 5000年gydF4y2Ba
ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 8gydF4y2Ba 10000年gydF4y2Ba 10260年gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba

收购的计划延迟和门。gydF4y2Ba

100光谱独立获得的平均,获得一个更好的信号/噪声比。gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba 3gydF4y2Ba所示三个time-integrated光谱,获得了在240年的延迟,468和1260 ns(见表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

Time-integrated光谱。gydF4y2Ba

3所示。时间分辨光谱gydF4y2Ba

time-integrated光谱的强度可以表示为gydF4y2Ba (1)gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba =gydF4y2Ba ∫gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba ∞gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba tgydF4y2Ba dgydF4y2Ba tgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba (gydF4y2Ba tgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 那代表了LIBS光谱强度(时间)在给定波长,gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 是收购延迟时间对激光光束,的上限是近似到正无穷积分比等离子体的生命周期(更大的)。gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba (gydF4y2Ba tgydF4y2Ba )gydF4y2Ba 可以通过差异化(gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)的形式gydF4y2Ba (2)gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba tgydF4y2Ba =gydF4y2Ba dgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba dgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

自gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba tgydF4y2Ba 0gydF4y2Ba 只知道在离散时间间隔报道在表吗gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba数值微分必须完成,根据公式gydF4y2Ba (3)gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba =gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

请注意,导数的数值评估计算gydF4y2Ba (gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba ΔgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba +gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba )gydF4y2Ba /gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 完成,虽然没有实际测量延迟时间。gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba显示301年三个时间分辨光谱计算,405年和1010年ns(见表gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

时间分辨光谱。gydF4y2Ba

时间分辨LIBS光谱进行了大幅减少光谱强度明显增加的时间延迟。分析还揭示了存在强烈的发射谱线从铝的高电离阶段,比如艾尔三世,他的面前占据了时间分辨光谱在早期延迟的方式不是很明显在原始time-integrated光谱。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba显示了三个主要基地第三发射谱线在该地区约450海里,与美联二线相比466.3 nm;在时间分辨光谱Al III排放比第二基地一个延迟短于500 ns。另一方面,time-integrated光谱的三行Al三世总是比第二基地发射看上去不那么强烈。gydF4y2Ba

艾尔三世和Al II排放评估时间分辨(a)和time-integrated (b)光谱。gydF4y2Ba

另一个有趣的对比time-integrated和时间分辨光谱的强度是一个涉及LIBS光谱,集成在整个光谱范围(200 - 900 nm)(图gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

依赖的库强度收购延迟。点曲线是最好的符合一个指数函数。红圈:time-integrated光谱;黑色方块:时间分辨光谱。gydF4y2Ba

正如预期的那样,总库强度衰减指数与收购延迟。然而,尽管在time-integrated订单的衰变常数测量600 ns,时间分辨分析表明,实际的衰减时间短是一个因素的三个(200 ns)。gydF4y2Ba

总填词的衰减时间排放基本上是由连续辐射的衰减。发射谱线的衰减时间较长和不同线间,自线强度指数取决于比上层的能量之间的转换(gydF4y2Ba EgydF4y2Ba kgydF4y2Ba )和等离子体的电子温度(gydF4y2Ba kgydF4y2Ba BgydF4y2Ba TgydF4y2Ba ),gydF4y2Ba kgydF4y2Ba BgydF4y2Ba 玻耳兹曼常量:gydF4y2Ba (4)gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba tgydF4y2Ba ∝gydF4y2Ba egydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba EgydF4y2Ba kgydF4y2Ba /gydF4y2Ba kgydF4y2Ba BgydF4y2Ba TgydF4y2Ba tgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba

进一步的等离子体参数的依赖Saha-Boltzmann中性和电离物种之间的平衡,与电离线路衰减速度比中性的,因为等离子体温度和电子密度的减少延迟时间。gydF4y2Ba

这种效应在时间分辨光谱清晰可见,正如在图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

依赖的LIBS信号采集延迟。虚线代表数据的最适合一个指数函数。红圈:“我在281.6海里;黑色方块:艾尔II 358.6海里。gydF4y2Ba

 4所示。等离子体参数的确定gydF4y2Ba

局部热平衡假设的条件(gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba电子温度可以被估计的计算强度比同一物种发出的两行:gydF4y2Ba (5)gydF4y2Ba 日志gydF4y2Ba ⁡gydF4y2Ba ggydF4y2Ba lgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba ggydF4y2Ba kgydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 我gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 米gydF4y2Ba =gydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba EgydF4y2Ba kgydF4y2Ba - - - - - -gydF4y2Ba EgydF4y2Ba lgydF4y2Ba kgydF4y2Ba BgydF4y2Ba TgydF4y2Ba ,gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba kgydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 和gydF4y2Ba 一个gydF4y2Ba lgydF4y2Ba 米gydF4y2Ba 的跃迁概率是两行,gydF4y2Ba ggydF4y2Ba kgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba ggydF4y2Ba 我gydF4y2Ba 上层的简并,gydF4y2Ba EgydF4y2Ba kgydF4y2Ba 和gydF4y2Ba EgydF4y2Ba lgydF4y2Ba 上的能量水平的过渡。gydF4y2Ba

在图gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba电子温度是报道的时间演化,计算出的比率两个半岛二线为281.6 nm (gydF4y2Ba EgydF4y2Ba kgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 9.5gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 4gydF4y2Ba 厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)和358.6 nm (gydF4y2Ba EgydF4y2Ba kgydF4y2Ba =gydF4y2Ba 1.23gydF4y2Ba ×gydF4y2Ba 10gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 厘米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

等离子体电子温度的比较评估从time-integrated和时间分辨光谱。虚线代表最好的指数的数据。gydF4y2Ba

图gydF4y2Ba 8gydF4y2Ba证实了这个想法,time-integrated光谱本质上是等价的,什么是关心等离子体的评价参数,时间分辨光谱,与一个“等效门时间”大致相当于衰变常数的LIBS线的强度,它们在我们的案例中是订单800 ns(见图gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

相同的结论可以实现计算的电子数密度(见图gydF4y2Ba 9gydF4y2Ba),它可以通过测量估计的巴尔莫α氢谱线的线宽为656.3 nm (gydF4y2Ba 6gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba

等离子体电子数密度的比较,评估从time-integrated和时间分辨光谱。虚线代表最好的指数的数据。gydF4y2Ba

尽管相对较大的实验误差,获得的电子数密度的时间分辨光谱值具有很好的一致性,而且来自time-integrated的。gydF4y2Ba

 5。结论gydF4y2Ba

简单的方法见本文允许恢复的时间分辨光谱使用time-integrated光谱仪。适用的技术只要光谱采集系统有能力开始收购的可编程延迟后的激光脉冲。结果也支持这一观点,提出time-integrated光谱给等离子体参数信息实质上相当于获得的信息,可以使用一个时间分辨谱仪,闸门时间可比的衰减时间LIBS光谱强度,也就是,在典型的库条件,订单的几个数百纳秒。gydF4y2Ba

 利益冲突gydF4y2Ba

作者宣称没有利益冲突有关的出版。gydF4y2Ba

 CadwellgydF4y2Ba lgydF4y2Ba BelliveaugydF4y2Ba J。gydF4y2Ba HuwellgydF4y2Ba lgydF4y2Ba 格里芬gydF4y2Ba H。gydF4y2Ba 填词vs TRELIBS-the相对优点的激光诱导击穿光谱和时间分辨激光诱导击穿光谱gydF4y2Ba 644年gydF4y2Ba 遥感gydF4y2Ba 1986年gydF4y2Ba 16gydF4y2Ba 18gydF4y2Ba 学报学报gydF4y2Ba 10.1117/12.964442gydF4y2Ba CristoforettigydF4y2Ba G。gydF4y2Ba De GiacomogydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba 戴尔'AgliogydF4y2Ba M。gydF4y2Ba 在激光诱导击穿光谱局部热力学平衡:除了麦克沃特标准gydF4y2Ba Spectrochimica学报B部分gydF4y2Ba 2010年gydF4y2Ba 65年gydF4y2Ba 1gydF4y2Ba 86年gydF4y2Ba 95年gydF4y2Ba 10.1016 / j.sab.2009.11.005gydF4y2Ba 麦克沃特gydF4y2Ba r·w·P。gydF4y2Ba 哈德gydF4y2Ba r·H。gydF4y2Ba 伦纳德gydF4y2Ba s . L。gydF4y2Ba 等离子体诊断技术gydF4y2Ba 1965年gydF4y2Ba 第五章gydF4y2Ba 纽约,纽约,美国gydF4y2Ba 学术出版社gydF4y2Ba 名导gydF4y2Ba 一个。gydF4y2Ba CarelligydF4y2Ba G。gydF4y2Ba 弗兰切斯科尼gydF4y2Ba F。gydF4y2Ba 莫迪:一个新的移动工具原位双脉冲LIBS分析gydF4y2Ba 分析和分析化学gydF4y2Ba 2006年gydF4y2Ba 385年gydF4y2Ba 2gydF4y2Ba 240年gydF4y2Ba 247年gydF4y2Ba 10.1007 / s00216 - 006 - 0413 - 6gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 33646427211gydF4y2Ba 科劳gydF4y2Ba F。gydF4y2Ba LazicgydF4y2Ba V。gydF4y2Ba FantonigydF4y2Ba R。gydF4y2Ba PershingydF4y2Ba 年代。gydF4y2Ba 比较单引号和双脉冲激光诱导击穿光谱的铝样品gydF4y2Ba Spectrochimica学报B部分:原子光谱学gydF4y2Ba 2002年gydF4y2Ba 57gydF4y2Ba 7gydF4y2Ba 1167年gydF4y2Ba 1179年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 0037205602gydF4y2Ba 10.1016 / s0584 - 8547 (02) 00058 - 7gydF4y2Ba El SherbinigydF4y2Ba a . M。gydF4y2Ba HegazygydF4y2Ba H。gydF4y2Ba El SherbinigydF4y2Ba t M。gydF4y2Ba 测量电子密度利用HgydF4y2Ba αgydF4y2Ba流程从激光产生的等离子体在空气中gydF4y2Ba Spectrochimica学报B部分:原子光谱学gydF4y2Ba 2006年gydF4y2Ba 61年gydF4y2Ba 5gydF4y2Ba 532年gydF4y2Ba 539年gydF4y2Ba 2 - s2.0 - 33745476348gydF4y2Ba 10.1016 / j.sab.2006.03.014gydF4y2Ba