基于激光诱导击穿光谱的土壤重金属污染研究

摘 要现代社会发展飞快，人类的一些活动污染了土壤。一些重金属元素随污水、废材渗入了地下水、空气、土壤中。通过循环最终又回到人体。这会对人体造成很大的伤害。因此，能够快速检测土壤中重金属污染物是很重要的。激光诱导击穿光谱就是一个很好的选择。它可以在线多元素同时检测。现在激光诱导击穿光谱已经在很多领域都有应用。通常情况下，激光诱导击穿光谱（英文简称 LIBS）将能细分为两大类别，其中包含单脉冲 LIBS，与此同时，还涵盖双脉冲 LIBS。在此之中，后者实为当前尤为典型的光谱增强技术之一，不仅含有 LIBS 的诸多优势，又有效提高 LIBS 的检测能力。而双脉冲 LIBS 又包括共线型 LIBS、正交再加热型 LIBS 以及正交预激发型 LIBS 检测。本文主要使用双脉冲 LIBS 的方式之一—正交再加热型 LIBS，并基于下述方面进行研究：在此实验过程中，致力于构建科学完善的双脉冲 LIBS 系统，并持续完善两脉冲的空间位置关系以及各项实验参数。首先使用单脉冲检测出土壤中峰最明显的重金属元素—钴。通过 MATLAB 数据处理后得到在单脉冲 LIBS 检测下，钴原子的净信号，背景信号以及信背比。随后选用正交再加热型 LIBS 检测光路来检测钴原子在双脉冲LIBS 情况下的净信号，背景信号以及信背比。对比单脉冲和双脉冲 LIBS 检测得到的数据后发现，双脉冲 LIBS 检测出的 Co 原子波形比较符合高斯分布。在双脉冲 LIBS 检测中，Co 原子的净信号是单脉冲 LIBS 检测净信号的 1.9 倍。在双脉冲 LIBS 检测中，Co 原子的信背比是单脉冲 LIBS 检测净信号的 1.4 倍。因此，双脉冲 LIBS 检测获得的结果要比单脉冲 LIBS 检测更加优越。关键词：LIBS；重金属；土壤；光谱；双脉冲；I目 录摘 要.....................................................................11.1 引言.............................................................11.2 激光诱导击穿光谱简介.............................................31.3 单脉冲和双脉冲 LIBS 技术...........................................31.3.1 三种常见的双脉冲 LIBS 方案....................................61.4 其他类型的 LIBS 检测简介...........................................72 双脉冲激光进行 LIBS 检测的设备及原理方法................................92.1 实验设备简介..............................................