Summary
Zaman çözülmesi atomik ve moleküler Diatomik türler LIBS kullanılarak ölçülür. Spektrumlar Nd optik arıza plazmanın nesil sonra çeşitli zaman gecikmeleri toplanır: YAG lazer ışını ve elektron yoğunluğu ve sıcaklık anlaması için analiz edilir.
Abstract
Bu çalışmada, lazerle endüklenmiş bir ışıksal bozulma aşağıdaki atom ve iki atomlu spektrumları zamana bağlı ölçümler mevcut. Tipik bir düzenleme, LIBS kullanılır. 1064 nm temel dalga boyunda 10 Hz'lik bir frekansta YAG lazer: Burada bir Nd çalışır. 190 mJ / nabız anenergy ile 14 NSEC darbeleri optik arıza veya hava lazer ablasyon bir plazma oluşturmak için 50 mikron spot büyüklüğü odaklanmıştır. Mikroplazma 0.6 m spektrometre giriş yarık üzerine görüntülü ve spektrumları bir yoğunlaştırılmış lineer diyot dizisi ızgara 1.800 oluklar / mm ve optik çok kanallı analizör (OMA) veya bir ICCD kullanılarak kaydedilir. Ilgi elektron yoğunluğunu anlaması için hidrojen Balmer serisinin Stark-genişletti atom çizgilerdir. Ayrıca alüminyum monoksit (AIO) ait iki atomlu emisyon spektrumları sıcaklık ölçümleri üzerinde durmak, karbon (C 2), siyanojen (CN) ve titanyum monoksit (TiO).
Deneysel prosedürleri içerir wavelength ve duyarlılık kalibrasyonları. Kaydedilen moleküler spektrumlarının analizi tablo satır güçlü olan verilerin takılması ile gerçekleştirilir. Dahası, Monte-Carlo tipi simülasyonları hata marjları tahmin yapılmaktadır. Zamana bağlı ölçümler LIBS sık karşılaşılan geçici plazma için gereklidir.
Introduction
Lazer kaynaklı arıza spektroskopisi (LIBS) teknikleri 1-5 atom 6-12 uygulamaları ve lazer radyasyonu ile oluşturulan plazmanın 13-20 moleküler çalışmalar var. Zaman çözüldü spektroskopisi plazmanın geçici özelliklerinin tespiti için gereklidir. Adı ancak iki plazma parametreleri sıcaklık ve elektron yoğunluğu, plazma arıza makul bir teorik bir model kullanılabilir Resim ölçülebilir. Atomik ve moleküler emisyonları serbest elektron radyasyon ayrılık bize doğru geçici fenomenleri keşfetmek sağlar. Belirli bir zamansal pencerede odaklanarak, bir plazma çürüme "dondurma" ve böylece doğru spektroskopik parmak izi elde edebilirsiniz. LIBS çeşitli uygulamalar vardır ve alanında yayıncılık araştırmacı sayısına göre ölçülen zaman yakın LIBS-teşhis faiz önemli bir artış göstermektedir. Pico ve femtosecond üretilen Mikoplazma devam ait değildirAraştırma ilgi, ancak, tarihsel deneysel KIBS düzenlemeler nanosaniye lazer radyasyonu kullanmaktadır.
Şekil 1, lazer kaynaklı arıza spektroskopisi için tipik bir deneysel düzenleme gösterir. Bu protokol için, başlangıç ışın için işlevsel analizi enerji 1064 nm kızılötesi dalga boyunda, 75 mJ darbenin mertebesindedir. Gerektiğinde bu darbe enerjisi ayarlanabilir. . Plazma spektrometresi ile dağıtılmış ve Yoğunlaştırılmış 2 boyutlu Charge Coupled Device (ICCD) üzerine görüntülenmiş alternatif olarak, yoğunlaştırılmış doğrusal bir diyot dizisi ve OMA veya, ile ölçülür Şekil 2 zamana bağlı deneyler için zamanlama diyagramı göstermektedir: darbe senkronizasyonu okuma, lazer darbe tetiklemeli, lazer yangın ve kapı açık gecikme ile lazer radyasyonu.
Başarılı zaman çözüme spektroskopisi çeşitli kalibrasyon prosedürleri gerektirir. Bu prosedürler geri, dalgaboyu kalibrasyonu dahilzemin düzeltme, ve en önemlisi, detektörün duyarlılık düzeltme. Duyarlılık veri ölçülür ve model spektrumlarının karşılaştırılması için önemlidir düzeltildi. Sinyal-gürültü oranının artması için, birden çok lazer kaynaklı arıza olayları kaydedilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1.. Optik Sistem Kurulumu
- 1064 nm dalga boyu ışık geçmesine ve bir ışın halinde dökümü diğer geçici lazer radyasyonu yansıtmak için izin lazer çıkışında bir ışın ayırıcı yerleştirin.
- Işın ayırıcı yansıyan lazer radyasyonunun bir kısmını kaydetmek için bir yüksek hızlı bir PIN fotodiyot detektörü yerleştirin. YAG lazer cihazı: fonksiyon jeneratör ve Nd Q-anahtarlama oluşum tetikleme açısından optik darbe izlemek için koaksiyel kablo ile osiloskopa bu dedektörü bağlayın.
- Spektrometrenin yarık kiriş paralel konumlandırmak için üç IR yansıtma aynası hizalayın.
- Spektrometre yarık optik arıza plazma paralel oluşturmak için ışın odaklamak için çeviri aşamasında yukarıda bir mercek yerleştirin. Yarığın üzerine plazma görüntülenmesi amacıyla iki kuvars lens hizalayın. İki odaklama lensi en uygun şekilde nihai lens bir APER sahiptir, yani, spektrometre tasarımı maçspektrometrenin dahili optik f # ile af # özdeş gerçekleştirmek için Ture.
- 380 nm, yukarıda ölçümleri için, bir kesik-on filtre, iki lens arasında 380 nm altında radyasyonu bloke etmek amacıyla yerleştirin. Cut-on filtre ölçülen spektrumları (nedeniyle ızgaranın 2. sırasına) mümkün UV katkıları bastırır.
2. Veri Toplama Ayarı
- 10 Hz elde etmek için bir özel inşa böl-by-beş devresine 50 Hz üçgen dalga sağlayan bir dalga formu fonksiyonu jeneratör bağlayın. Optik çok kanallı analizör (OMA) 50 Hz ve Nd flaş lambalar işletilen: YAG lazer eşzamanlı 10 Hz'de işletilmektedir. Bir de darbeli lazer radyasyonunun oranında eşzamanlı çalışan, OMA yerine bir ICCD kullanabilir.
- Bir dijital gecikme jeneratör özel inşa böl-by-beş devrenin çıkışlarının birini bağlayın. Devam için YAG flaş lambaları ve başka çıkış: Nd senkronize bir çıkışını kullanınrol lineer diyot dizisi kuvvetlendirici ve optik kanallı analizörü tetikler. Yine, yerine yoğunlaştırılmış lineer diyot dizi ve OMA biri bir ICCD kullanabilirsiniz.
- Bir osiloskop ve bir darbe jeneratör lazer cihazının ayarlanabilir tetik röle çıkışı. Darbeli lazer radyasyonu optik arıza nesil veya lazer ablasyon için ne zaman hazır olacağını Osiloskop izlemek için kullanılacaktır.
- Yoğunlaştırılmış lineer diyot dizisi için dijital sinyal jeneratörünün yüksek voltaj çıkışını bağlayın.
- Osiloskopa darbe jeneratörünün diğer çıkışını bağlayın.
- OMA yoğunlaştırılmış lineer diyot dizisi çıkışını bağlayın.
3. Senkronizasyon ve Ölçme
- Çıkışına 50 ± 1 Hz'de çalışan bir üçgen darbe dalga formu fonksiyonu jeneratör ayarlayın. Bu fonksiyon jeneratör ana frekansını sağlar. Bir özel inşa böl-by-beş devre ve dijital gecikme jeneratör ac için kullanılırsenkronizasyonu papaz.
- Su soğutma sistemi ve lazer cihazı için güç kaynağı başlatın. Lazer etkinleştirin.
- Nd çıkış diyafram seyahat için lazer radyasyonu için zaman belirleyin aşağıdaki gibidir: spektrometre yarığın önündeki alana YAG lazer: ışık yolu mesafeyi ölçün ve hız-of-ışığı kullanarak transit zamanı hesaplamak. Bir sonraki adımda kapı gecikme zaman ayarı bu transit süre için hesap.
- Dijital darbe üreteci üzerinde, ölçme ve optik arıza veya lazer ablasyon darbesinden gecikme süresi için kapı genişliğini ayarlamak ve gecikme süresini izlemek için osiloskop kullanın. Gecikme süresi dökümü gerçekleştikten sonra veri toplama için ne kadar bekleyeceğini belirler. Kapı genişliği diyot dizisi plazma radyasyona maruz kaldığı süre belirler.
- Havada optik arıza oluşturmak ve / veya ablasyon oluşacak şekilde translasyon sahnede bir numuneyi. Görüntü spektrometre yarık üzerine Mikoplazma.
- Yoğunlaştırılmış lineer diyot dizi ve optik çok kanallı analizör (veya bir ICCD ile) ile ölçüm ve kayıt verileri başlayın.
4. Dalgaboyu Kalibrasyon
- Neon, cıva, ve hidrojen lambaları: standart kalibrasyon lambaları rekor spektrumları. Plazma oluşturulan yerinde koymak lambaları ile deneysel düzenleme kullanın.
- Lambalardan bilinen dalga boylarını kullanarak, piksel-dalga boyu yazışma elde etmek için bir doğrusal ya da kübik fit gerçekleştirin. Doğru bir kalibrasyon amacı, genellikle spektrumu ölçümü ile ilişkilidir için doğrusal olmayan düzeltmektir.
- H, C 2, CN, ve ilgi TiO spektral bölgeleri için kalibrasyon tekrarlayın.
5. Yoğunluğu Kalibrasyon
- Tungsten kalibrasyon lambasını açmak ve ısınmak için bekleyin.
- Etkin lamba sıcaklığını ölçmek için bir optik pirometre kullanın.
- R deneysel düzenleme kullanmaEtkin lambanın spektrumu ECORD.
- Bir giriş parametresi olarak ölçülen sıcaklık kullanılarak Plank radyasyon hukukun bir cisim eğrisi hesaplanır.
- Aktif lamba spektrumu hesaplanan eğri takınız. Faktörlerin belirlenmesi ile hesaplanan eğriden kaydedildi yoğunlukları. Dedektörün dalga boyu bağımlı duyarlılık için kaydedilen spektrumları düzeltmek için bu faktörleri uygulayın.
- Spektrometre kullanılan her bölge için bu işlemi tekrarlayın.
6. Veri Transferi
- Dosya transferleri için ortamı hazırlayın.
- Her bir veri ölçümü için, ortam üzerine kaydedin.
- Bu orta almak ve bir iş bilgisayarınıza üzerinde dosya upload.
7. Hazırlık Dosya
- Her dosya için, bölümlere kaydedilen verileri içeren birini, ve başlangıç dalga boyu ve veri noktası başına ortalama dalgaboyu kaymasını belirterek diğerlerini ayrıştırmak.
- Maç için yeni bir dosya oluşturmak için bu bölümleri kullanınKaydedilen veriler ile dalga boyları.
8. Diatomik Moleküler Analizi
- Dalgaboyu dosya ve ilgili hat gücü dosyasını seçin.
- Offset temel seçin.
- Ofset, sürekli lineer veya kuadratik ayarlayın.
- Ilgili katsayıları sabit veya değişken değerler ya ayarlayın.
- Sabit veya farklı da olabilir her ikisi de çözünürlük ve sıcaklığını ayarlayın.
- Ölçülen spektrumları uygun olması sentetik spektrumları için uyum toleransını ayarlayın.
- Bir Nelder-Mead algoritması kullanarak deneysel spektrumları hesaplanan takınız.
- Her ölçüm için hesaplanan spektrumları iyi uydurma parametreleri kullanarak, kullanılan çeşitli zaman gecikmeler ve kapı genişlikleri gözlenen Mikroplazma parametrelerini anlaması.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
LIBS yeterli bir plazma oluşturmak için bir örnek iyonize etmek için darbeli lazer radyasyon kullanır. Katı yüzeylere lazerle ablasyon numunenin yüzeyi üzerinde plazma üretecek gaz halindeki maddelerin, lazer kaynaklı arıza, uyarım ışının odak bölgesi ile ilgili ortalanır plazma oluşturur. Plazma nanosaniye dökümü bakliyat için 100 GW / cm 2 sipariş üzerine optik radyasyon odaklanarak tarafından oluşturulur. , Lazer ablasyon plazma üretmek için genellikle 1 GW / cm 2 fazlasıyla yeterli. Neden olduğu bir plazma radyasyon, bir spektrometre ile disperse edilir. Sadece optik arıza belirli gecikme süreleri için, atomik ve Diatomik spektrumları iyi gelişmiştir. 3-7 temsili sonuçlar tasvir etmektedir.
Serbest elektron arka plan radyasyon azalır gibi erken plazma çürüme, atom hatları gelişmeye. Daha sonra, öncelikli olarak rekombinasyon için, moleküler tayfı kaydedilebilir. Experimen içindets, doğrusal diyot dizisinin yoğunlaştırıcı doğru tetiklenmelidirler. Alternatif olarak, bir ICCD doğru hem de tetiklenen gerekir. Edinilen veriler arıza olay doğru bir gecikme anda katkılarından oluşur, böylece bu tetikleme (ya da zamanlama), sürekli olarak gerçekleşmelidir. Daha sonra, OMA yoğunlaştı doğrusal diyot dizi ve depolar veri sinyali digitizes. Bir ICCD için, zamanlaması eşit derecede önemli olduğunu ve verileri benzer şekilde saklanır. Yoğunlaştırılmış lineer diyot dizi deneylerde, OMA kayıtlar sadece beş taramaların ilk, diğer kalan dört taramaları gereksiz ama ardışık taramalar göz ardı edilir. Şekil 2 temsilcisi dizi sonuçlar elde edilir doğrusal diyot yoğunlaştı nasıl göstermektedir.
Atom türleri ile ilgili araştırmalar için, atom hatları spektral hatları 'şekli ve genişliğine göre incelenir. Ölçülen atom hattı şekiller ve tekabül eden genişlikleri ile karşılaştırıldığındateorik modelleri. Bu karşılaştırma, bir plazmanın gözlenen bölgede elektron yoğunluğunun belirlenmesini sağlar. İki atomlu molekül spektrumları incelemelerde, genellikle birçok spektral çizgilerinin çeşitli moleküler bantları katkıda bulunur. Her ölçüm için, spektrumları şekil, genişlikleri ve moleküler bantlar içinde ihtiva edilen her bir çizginin nispi yoğunlukları açısından analiz edilir. Ölçülen ve hesaplanan spektrumları karşılaştırılması birlikte literatürde mevcut olan yüksek çözünürlüklü spektral verileri ile iki atomlu kuantum teorisinden türetilen çizgi güçlerini kullanır. Bu karşılaştırma, bir plazmanın gözlenen bölgede atomlu moleküllerin bir uyarım sıcaklığı çıkarmayı sağlar. Uydurma bir ölçülen spektrumları mültiparametreli, bilgisayarlı spektrumları doğrusal olmayan uyum gerçekleştirmek için izin, bir Nelder-Mead algoritması ile gerçekleştirilir. Aşağıda, sonuçlar iki atomlu moleküler ve atomik hat spektrumları adres seçilen deneyler için sunulmuştur. p>
Şekil 3, ölçülür ve monte TiO spektrumunu göstermektedir. TiO tüy belirli alanlarını görüntüleme, zamana karşı takılan sıcaklık bir yerel minimum gösterir. Bu, en az yanma muhtemelen kaynaklanmaktadır.
Hidrojen spektrumları için birincil analiz amaç, hidrojen-alfa ve-beta hidrojen hatları için zaman çözümlü spektrumları arasındaki elektron yoğunluğu ve sıcaklık belirlemektir. Şekil 4, yarık yüksekliği boyunca kaydedilen hidrojen alfa profillerini göstermektedir. , Azot ve oksijen gibi Laboratory hava türleri hidrojen alfa hatları ilk optik arıza durumunda sonra ortaya neden olur. Hidrojen-alfa çizgisinin evrimi 0.4 mikro saniye olduğu kadar optik arıza sonra mikro saniye olduğu 30 zaman gecikmeleri için incelenmiştir. Hidrojen alfa Şekil aynı zamanda belirtilen eksen yarık ortasına yakın, şekilde gösterilen plazmanın merkezinde daha yüksek bir elektron yoğunluğunu gösterir.
jove_content "> C2 molekülü en düşük dönme seviyeleri sıcaklık değişimlerine duyarlı olduğunu gösterir ve daha yüksek dönme seviyeleri çevreleyen gaz yoğunluk ve radyasyon alanına duyarlıdır. havada lazerle kesim ve çıkartma takip eden 5 görüntüler tipik ölçülü ve monte sonuç Şekil. analizi karbon Swan spektrumları C 2 ve oluşumunu anlamak için bir çaba nedeniyle rekombinasyondan C 2 oluşumunu okuyan içeren CN grafen lazer ablasyon sonrasında. kaydedildi ve CN spektrumları donatılmış 6: Şekil ve rakam ile de mükemmel anlaşması gösterir teori. hesaplanan spektrumları ile de deneysel spektrumu maç ve inandırıcı anlaşma C2 spektrumları gibi, alüminyum monoksit gösterinin dönme / titreşim spektrumu kuyudaki yüksek bir sıcaklıkta moleküler bantları geliştirmiştir. arka uçları kafalarının ve bant görülebilir çürüyen lazer kaynaklı Mikroplazma. Figüre Şekil 7 ölçülerek AlO spektrumları donatılmıştır. AlO alüminyum yanma erken bir ürün olduğu için, spektroskopik araştırmalar AlO esas olarak sıcaklık belirleme için, alüminyum yakma çalışmalarda uygulamalar vardır.
. Şekil 1, şematik bir düzenlemesi aşağıdaki deney bileşenleri gösterir: (1) En ayırıcı 1064 nm lazer radyasyonunun küçük bir kısmını saptırmak için, (2) kızılötesi yansıtıcı ayna dikey spektrometrenin önündeki ışını hizalamak, (3) için lens (4) yıldız optik arıza veya lazer ablasyon plazma sembolize;, optik arıza için sıkı bir noktaya ışın odaklamak ve (5) iki lens maçSpektrometrenin optik odaklama. Senkron kutusu, dalga, ve gecikme jeneratör lazer elektronik senkronizasyonu gerçekleştirmek ve lineer diyot dizisi ve OMA (veya ICCD) işletim frekansları yoğunlaştı. Fotodiyot, nabız jeneratörü ve osiloskop bir doğru bir şekilde kontrol ve LIBS için ölçüm penceresini izlemek için izin. resmi büyütmek için buraya tıklayın .
Şekil 2.. Zaman çözüme KIBS ölçümleri için zamanlama diyagramı. OMA senkron ve lazer flaş lambası senkron dalgası ve gecikme jeneratör ve özel inşa devresi tarafından sağlanmaktadır. Lazer darbe tetik ve yangın darbe Nd tarafından sağlanır: YAG lazer cihazı birlikte Q-switch ile delkontrol ay. YAG lazer üretici: İlave Ön tetikleme, elektronik darbe (gösterilmemiştir) de Nd tarafından sağlanmaktadır. Bu Ön tetikleme bize doğru ve verimli OMA / ICCD sisteminin dedektör kapı gecikmesini kontrol etmenizi sağlar. OMA okuma 4 sonraki ama göz ardı okuma taramalar gibi diyot dizi, maruz sonra oluşur. Tek darbe deneyler için, ayrı ayrı OMA okumalar bellekte ayrı olarak saklanır. 100-tarama ortalama ölçümler için, OMA okuma taramaları eklendi ve daha sonra saklanır. resmi büyütmek için buraya tıklayın .
Şekil 3.. Ölçülen ve sentetik emisyon spektrumları göstermek TiO A 3 → X 3 Δ Δ v = 0 geçiş. ölçülen veri 2 mikro saniye bir kapı genişliği ile t gecikme = 95 mikro saniye gecikme sırasında yoğun lineer diyot dizisi ile toplanmıştır. Ölçülen spektrumları bilgisayarlı spektrumları FWHM bir spektral çözünürlüğü = 0.09 nm ve bir olayla sıcaklık T tekabül ile uyum = 3300 K. büyük resmi görebilmek için buraya tıklayın .
Şekil 4. Hidrojen Balmer alfa çizgisi x 10 5 1,07 Pa gaz hidrojen kaydedildi. 1.000 ardışık optik arıza olayların emisyonları dis edildispektrometre ile persed ve ICCD, optik arıza dan 0.042 mikro saniye olduğu ve mekansal spektrometre yarık yüksekliği boyunca çözüldü ile toplanır. Bu gecikme süresi için, maksimum elektron sayı yoğunluğu 0.32 x 10 25 elektron / m 3 ve maksimum nın Ha kırmızıya kayma 1.2 nm kadardır. Hidrojen alfa ve beta çizgiler bireysel spektrumları Parigger 6 örneğin gösterilmektedir. Havada arıza takip hidrojen alfa ve beta hatlarının kaydı bu vallahi yayının belgesel video parçasıdır. resmi büyütmek için buraya tıklayın .
Şekil 5. C 2 Swan spectra bir zaman gecikme t gecikmesi = 20 mikro-saniye de yoğun lineer diyot dizi ile toplandı 1 mikro saniye bir kapı genişliğini kullanarak. ölçülen spektrum 0.07 'lik bir FWHM spektral çözünürlükte bilgisayarlı spektrumları ile uygun oldu nm ve T = 5,600 K sıcaklık anlaşılmaktadır. resmi büyütmek için buraya tıklayın .
Şekil 6. CN B 2 ε + → X 2 ε + menekşe geçiş t gecikme = 70 mikro saniye gecikme süresi de yoğunlaştırılmış lineer diyot dizisi ile kaydedildi ile4 mikro saniye kapısı genişliği. ölçülmüş spektrumu 0.09 bir FWHM spektral çözünürlük kullanılarak bilgisayarlı spektrumları ile uyum nm. olayla sıcaklığı T = 6600 K. resmi büyütmek için buraya tıklayın .
Şekil 7. Δ = 0 geçişler için AlO B 2 ε + → X 2 ε + Diatomik spektrumları 5 mikro saniye bir kapı genişliğini kullanarak t delayn = 45 mikro saniye bir zaman gecikmesi de yoğunlaştırılmış lineer diyot dizi ile toplanmıştır. Donanımlı spektrumları FWHM spektral çözünürlük kullanılarak hesaplanır0.09 nm. T = 3900 K. olayla sıcaklık miktarları büyük resmi görebilmek için buraya tıklayın .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ölçüm protokolü ve temsili sonuçlar çözülmesi zaman daha burada tartışılır. Bu yoğunlaştırılmış doğrusal diyot dizisi ve OMA (ya da ICCD) 'nin 50 Hz çalışma frekansı ile, 10 Hz bir hızda üretilen lazer darbeleri, senkronize edilmesi önemlidir. Bundan başka, lazer atımlarının ve yoğunlaştırılmış doğrusal diyot dizi (ya da seçenek olarak ICCD) kapısının açılması doğru zamanlama gereklidir. Deney şematik belirtilen dalga üreteci, lazer darbeleri senkronize etmek için kullanılan ve optik kanallı analizörü ile gerçekleştirilir doğrusal diyot dizi okuma yoğunlaşmaktadır. Bir nabız jeneratörü ölçümler için zaman gecikmesini ayarlamak için kullanılmaktadır.
Yoğunlaştırıcı kapı penceresine merkezli lazer darbesinin zamansal örtüşme ilk sıfır zaman gecikmesi, = 0 t gecikmesine tekabül eder. Emisyon spektrumları zamansal evrimi, gelen zaman gecikmesini belirlemek için çabaoptik arıza zengindir. Ilk plazmanın sonra 0.4 mikro saniye olduğu oluşturulana kadar, örneğin, hidrojen alfa çizgisi hava dağılımı olaylar görülemez. Emisyon spektrumları ölçümleri de dalga boyu ve yoğunluğu kalibrasyonları gerektirir. Bu kalibrasyon analizi için gereklidir.
LIBS ölçümleri için, Ti gibi metalik numune kesip plazma evrimi gözlem, ilgi konusu atomlu geçişlerin dalga boyu aralığında mevcut genellikle birçok atom hatları vardır. Bu satırlar bile daha sonra gecikme zamanlarda toplanan spektrumları kalıcı olabilir. Bununla birlikte, bu çizgilerin bir spektrometreye dağıtıcı ızgaranın ikinci dereceden oluşur. Bir low-pass filtre kullanımı gibi ikinci dereceden katkıları engellemek için faydalıdır.
Veri toplama prosedürleri önemli olmakla birlikte, monte etmek için kullanılan yöntemler eşit hak tutun. Sıcaklık çıkarımlar değişen uydurma sentetik spektrumları tarafından gerçekleştirilirBir Nelder-Mead algoritması kullanan toplanan spektrumları Mikoplazma parametreleri. Spektrumlarının arka doğru bir tespit edilebilir, bu prosedürün güvenilirliği büyük ölçüde artırılmıştır. Bu bağlamda, bu terim arka ilgi atom ya da molekül geçiş hariç kaydedilen spektrumları her şeyi ifade eder. Bu arka plan etkisini ölçmek için, kaydedilen veriler iki atomlu molekül spektrumları anlaşılmaktadır anlaşılmaktadır sıcaklığı üzerindeki etkisi ile ilgili olarak gürültü oranı sinyalinin analiz ile araştırılır. Bu araştırma Monte Carlo tipi simülasyonları kullanımı kolaylaştırılmıştır.
Kısa-kapı zaman çözüme ölçüm önemi kesinlikle çok heyecanlı atomik ve moleküler spektrumlar yakalamak için yeteneğini de içerir. Hidrojen Balmer a hattı için, 6 NSEC kapı kullanımı ile hemen hemen 10 ila 25 / m 3 için elektron yoğunluğunun başarılı belirlenmesi ile sonuçlanmıştır. İki atomlu moleküler emisyon spectra, 6000 K aşan sıcaklıklar uyarma nanosaniye Nd LIBS için tipiktir: YAG lazer radyasyonu. Bir güçlendirici olmadan, ölçümler geçici olaylar sırasında kaydedilen zamanla ortalama teşkil edecektir. Zamanında gösterilen anlık bir lazer kaynaklı plazma üretimi ve çürüme araştırmak için izin verir. Bir prensipte, kayıt yüksek heyecan moleküler tayfı biraz plazma meşale çalışmada olduğu gibi parlak lazer kaynaklı plazma, ikinci yer değiştirmiş olabilir. Ancak, bir çok heyecanlı atom türlerinin ölçümleri de dahil olmak üzere, plazma çürüme erken dinamiklerini yakalamak olmaz.
Lazer kaynaklı optik arıza aşağıdaki atomik ve moleküler spektrumlar laboratuvar ölçüm Gelecek uygulamalar temel ve uygulama odaklı hem ilgi olmaya devam etmektedir. Atomik çizgi genişlikleri ölçümleri erken plazma çürüme bir plazma koşulları / parametrelerini belirlemek için izin verir. Devam eden araştırma çabaları doğru modu dahilStark genişlemesi ve / veya çizgi şekillerin ling. Moleküler spektrumları, ilgi geçişleri doğru bilgi ile birlikte, gösteri, özellikle tanımlama, nitelendirme ve belirlenmesi alanlarında uygulamaları artan sayıda, örneğin, patlayıcılar, yanma tüyleri, yıldız atmosferleri, ya da kimyasal bileşim. Zaman çözümlü spektroskopisi yöntemleri ve uygulamalar, lazer radyasyon ile plazmanın nesil sonra dinamiklerini kurulması önemlidir. Bu dinamikler plazma salınımları nedeniyle çarpışmalar hat şekil değişiklikleri, emisyonları nedeniyle rekombinasyon radyasyon ve / veya yanma süreçleri içerir. Şu optik bir arıza meydana gelen süreçleri zamansal ayırma geçici fenomenleri belirlemek için önemlidir. Biz nedeniyle atom türünden radyasyona element analizi başlangıç LIBS uygulama güçlü farklı indiv radyasyon analizini içerir moleküler türün ölçümleri ile takviye edilecektir anlamakatomik izotoplar ve isotopomers idual.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Tüm yazarlar, hiçbir rakip mali çıkarlarını olmadığını beyan ederim.
Acknowledgments
Yazarlar Diatomik moleküler çizgi güçlü hesaplama faiz ve tartışma için Sayın JO Hornkohl teşekkür ederim. Bu çalışma kısmen Tennessee Uzay Enstitüsü Üniversitesi Lazer Uygulamaları Merkezi tarafından desteklenmektedir.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Custom Box | UTSI | None | Signal divider and conditioner. An oscilloscope can be used in place of this. |
| Four Channel Digital Delay/Pulse Generator | Stanford Research Systems, Inc. | Model DG535 | Companies: Tequipment, diyAudio |
| Four Channel Color Digital Phosphor Oscilloscope | Tektronix | TDS 3054 | 500 MHz - 5 GS/sec, Companies: Amazon, Tektronix, Fluke, Agilent Technologies, Pico Technology |
| Wavetek FG3C Function Generator | Wavetek | FG3C | Companies: Tequipment, Stanford Research Systems, BK Precision |
| Nd:YAG Laser | Quanta-Ray | DCR-2A(10) PS | Laser radiation, Class IV. Companies: Lambda Photometrics, Continuum, Ellipse, Newport |
| Si Biased Detector | Thorlabs | DET10A/M | 200-1,100 nm, with ND10A reflective filter. Companies: Canberra, Edmund Optics |
| Nd:YAG Laser Line Mirror, 1,064 nm | Thorlabs | NB1-K13 | Companies: Edmund Optics, Newport |
| 1 in Fused Silica Bi-Convex Lens, uncoated | Newport | SBX031 | Companies: Edmund Optics, Thorlabs |
| 2 in Fused Silica Plano-Convex lens, uncoated | Newport | SPX049 | Convex lens, f/4. Companies: Edmund Optics, Thorlabs |
| Spectrograph | Instruments S.A. division Jobin-Yvon | HR 640 | Companies: Andor, Newport, Horiba |
| Manual and electronic controller for Spectrograph | Instruments S.A. division Jobin-Yvon | Model 980028 | Manual and electronic controller for Spectrograph |
| Mega 4000 | Mega | Model 129709 | Computer interface for Spectrograph |
| Gateway 2000 Crystal Scan 1024 monitor | Gateway | PMV14AC | Monitor for computer interface |
| 20 MHz Oscilloscope | BK Precision | Model 2125 | Companies: Amazon, Tektronix, Fluke, Agilent Technologies, Pico Technology |
| 6040 Universal Pulse Generator | Berkeley Nucleonics Corporation | Model 6040 | Companies: Agilent Technologies, Tektronix, Quantum Composers |
| Separate component to 6040 Universal Pulse Generator | Berkeley Nucleonics Corporation | Model 202 H | Separate component to 6040 Universal Pulse Generator |
| ICCD Camera | EG&G Parc | Model 46113 | Companies: Andor, Standford Computer Optics, LaVision, Hamamatsu |
| OMA III | EG&G Parc | Model 1460 | Spectral data acquisition and analysis. Unit discontinued, replaced by software installed on computers. |
References
- Miziolek, A. W., Palleschi, V., Schechter, I. Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , Cambridge University Press. New York. (2006).
- Cremers, D. E., Radziemski, L. J. Handbook of laser-induced Breakdown Spectroscopy. , John Wiley. New York. (2006).
- Singh, J. P., Thakur, S. N. Laser Induced Breakdown Spectroscopy. , Elsevier Science. New York. (2007).
- Hahn, D. W., Omenetto, N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), Part I: review of basic diagnostics and plasma-particle iterations: still-challenging issues within the analytical plasma community. Appl. Spectrosc. 64, (2010).
- Hahn, D. W., Omenetto, N. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), Part II: review of instrumental and methodological approaches to material analysis and applications to different fields. Appl. Spectrosc. 66, 347 (2012).
- Parigger, C. G. Atomic and molecular emissions in laser-induced breakdown spectroscopy. Spectrochim. Acta Part B. 79, 4-16 (2013).
- Konjević, N., Lesage, A., Fuhr, J. R., Wiese, W. L. Experimental Stark widths and shifts for spectral lines of neutral and ionized atoms. J. Phys. Chem. Ref. Data. 31, 819-927 (2002).
- Oks, E. Stark broadening of hydrogen and hydrogen-like spectral lines in plasmas: the physical insight. Alpha Science Int. , Oxford. (2006).
- Parigger, C. G., Dackman, M., Hornkohl, J. O. Time-resolved spectroscopy measurements of hydrogen-alpha, -beta, and -gamma emissions. Appl. Opt. 47, (2008).
- Parigger, C. G., Oks, E. Hydrogen Balmer series spectroscopy in laser-induced breakdown plasmas. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 1, 13-23 (2010).
- Lucena, A. D., Tobaria, L. M., Laserna, J. J. New challenges and insights in the detection and spectral identification of organic explosives by laser induced breakdown spectroscopy. Spectrochim. Acta Part B. 66 (1), 12-20 (2011).
- Swafford, L. D., Parigger, C. G. Measurement of hydrogen Balmer Series lines following laser-induced optical breakdown in laboratory air. Accepted, Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 4 (1), (2013).
- Hornkohl, J. O., Nemes, L., Parigger, C. G. Spectroscopy of Carbon Containing Diatomic Molecules. Spectroscopy, Dynamics and Molecular Theory of Carbon Plasmas and Vapor. Nemes, L., Irle, S. , World Scientific. Singapore. 113-165 (2011).
- Parigger, C., Hornkohl, J. O. Diatomic molecular spectroscopy with standard and anomalous commutators. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 1, 25-43 (2010).
- Parigger, C. G., Hornkohl, J. O.
- Hermann, J., Peronne, A., Dutouquet, C. Analysis of the TiO-γ System for temperature measurements in laser-induced plasma. J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 34, 153-164 (2001).
- Woods, A. C., Parigger, C. G., Hornkohl, J. O. Measurements and analysis of titanium monoxide spectra in laser-induced plasma. Opt. Lett. 37, 5139-5141 (2012).
- Witte, M. J., Parigger, C. G. Measurement and analysis of carbon Swan spectra following laser-induced optical breakdown in air. Accepted, Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 4 (1), (2013).
- Surmick, D. M., Parigger, C. G., Woods, A. C., Donaldson, A. B., Height, J. L., Gill, W. Analysis of emission Spectra of Aluminum Monoxide in a Solid Propellant Flame. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 3 (2), 2-137 (2012).
- Woods, A. C., Parigger, C. G. Time-resolved Temperature Inferences Utilizing the TiO A3φ→X3Δ Band in Laser-induced Plasma. Int. Rev. Atom. Mol. Phys. 3 (2), 103-111 (2012).
