Summary
מינים מולקולריים אטומיים ודו אטומיים זמן נפתר נמדדים באמצעות LIBS. הספקטרום נאספים בעיכובי זמן שונים הבאים הדור של פלזמה התמוטטות אופטית עם Nd: YAG לייזר וקרינה מנותחים להסיק צפיפות אלקטרונים וטמפרטורה.
Abstract
בעבודה זו, אנו מציגים מדידות זמן נפתר של ספקטרום אטומי ודו אטומי הבאות התמוטטות אופטית לייזר המושרה. משמש הסדר LIBS טיפוסי. כאן אנו פועלים Nd: YAG לייזר בתדר של 10 הרץ באורך הגל הבסיסי של 1,064 ננומטר. 14 NSEC פולסים עם anenergy של 190 mJ / דופק ממוקדים לנקודה בגודל 50 מיקרומטר לייצר פלזמה מהתמוטטות אופטית או אבלציה לייזר באוויר. Microplasma הוא צילם על גבי חריץ הכניסה של ספקטרומטר 0.6 מ ', וספקטרום נרשם באמצעות 1,800 חריצים / מ"מ צורם מערך דיודה ליניארי התעצם ומנתח רבי ערוצים אופטיים (OMA) או ICCD. עניין הם קווים אטומיים הרחיבו-סטארק של הסדרה באלמר מימן להסיק צפיפות אלקטרונים. אנחנו גם להרחיב את הדיבור על מדידות טמפרטורה מספקטרום פליטה דו אטומי של חד תחמוצת אלומיניום (ALO), פחמן (C 2), ציאנוגן (CN), וחד תחמוצת טיטניום (Tio).
הפרוצדורות כוללות wavelength וכיולי רגישות. ניתוח של הספקטרום המולקולרי נרשם מושגת על ידי ההוספה של נתונים עם עוצמות שורה נספרו. יתר על כן, סימולציות סוג מונטה קרלו מבוצעות כדי להעריך את שולי השגיאה. מדידות זמן נפתר חיוניות לפלזמה חולפת נתקלה בדרך כלל בLIBS.
Introduction
יש טכניקות ספקטרוסקופיה התמוטטות מושרה לייזר (LIBS) 1-5 יישומים ב6-12 האטומי ומחקרים מולקולריים של הפלזמה 13-20 שנוצרה עם קרינת לייזר. נפתר ספקטרוסקופיה זמן היא חיונית לקביעת המאפיינים החולף של הפלזמה. טמפרטורה וצפיפות אלקטרונים, אבל לתת שם שני פרמטרים פלזמה, ניתן למדוד סיפקו מודל תיאורטי סביר של התמוטטות הפלזמה הוא זמין. הפרדה של קרינת אלקטרונים חופשיים מפליטה אטומית ומולקולרית מאפשרת לנו לחקור במדויק תופעות חולפות. על ידי התמקדות בחלון זמן מסוים, ניתן "להקפיא" את דעיכת פלזמה ובכך להשיג את טביעות האצבעות ספקטרוסקופיות מדויקות. יש LIBS מגוון רחב של יישומים ולאחרונה עניין בLIBS אבחון מראה גידול ניכר כאשר היא נמדדת על ידי מספר חוקרי פרסום בתחום. microplasma Pico-וfemtosecond שנוצר הוא של מתמשךעניין מחקר, לעומת זאת, הסדרי LIBS היסטורי ניסיוניים לנצל קרינת לייזר שבריר שנייה.
איור 1 מציג הסדר ניסיוני אופייני לספקטרוסקופיה התמוטטות מושרה לייזר. עבור פרוטוקול זה, אנרגיית ההתמוטטות הפונקציונלית לקרן הראשונית היא בסדר הגודל של 75 דופק MJ, באורך הגל אינפרא אדום של 1,064 ננומטר. אנרגיה דופק זה יכול להיות מותאם לפי צורך. . הפלזמה מפוזרת על ידי ספקטרומטר ונמדדה עם מערך התעצם ליניארי דיודה ו-OMA, או לחלופין, צילם על גבי התקן צמוד מטענים 2 ממדים מוגברים (ICCD) איור 2 ממחיש את דיאגרמת העיתוי לניסויי זמן נפתר: סנכרון של פעם קרינת לייזר עם קריאת נתונים, הדק דופק לייזר, אש לייזר, ועיכוב שער פתוח.
זמן נפתר ספקטרוסקופיה המוצלחת דורשת נהלי כיול שונים. נהלים אלה כוללים כיול אורך גל, גבתיקון קרקע, והכי חשוב, תיקון רגישות של הגלאי. הרגישות תוקנה הנתונים חשובים להשוואה של ספקטרום נמדד ודגם. לעלייה של יחס אות לרעש, אירועי התמוטטות לייזר המושרה מספר נרשמים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הגדרת מערכת אופטית
- הנח במפצל אלומה ביציאה של הלייזר, המאפשר לאור באורך גל 1,064 ננומטר לעבור וכדי לשקף את כל קרינת הלייזר חולפת אחרת לתוך מזבלה קורה.
- הנח גלאי photodiode PIN במהירות גבוהה כדי להקליט חלק מקרינת הלייזר המוחזר מן מפצל הקרן. חבר גלאי זה לאוסצילוסקופ עם כבלים קואקסיאליים כדי לפקח על הדופק האופטי ביחס למפעילה על ידי המחולל האותות והמופע של Q-המיתוג בNd: YAG לייזר מכשיר.
- יישר שלוש מראות רעיוני IR למצב מקביל קורה כדי החריץ של ספקטרומטר.
- מקם עדשה מעל הבמה translational למקד את הקרן על מנת ליצור במקביל פלזמה אופטית התמוטטות לחריץ ספקטרומטר. יישר את שתי עדשות קוורץ לצורך ההדמיה הפלזמה על החריץ. שתי העדשות תוך התמקדות בצורה אופטימלית שיתאימו לעיצוב ספקטרומטר, כלומר יש לו את העדשה הסופית aperture להשיג # af זהה עם F # האופטיקה הפנימית של ספקטרומטר.
- למדידות מעל 380 ננומטר, מקם לחתוך במסנן בין שתי העדשות לצורך חסימת קרינה מתחת 380 ננומטר. לחתוך במסנן מדכא תרומות אפשריות UV (בשל סדר 2 של צורם) לספקטרום הנמדד.
2. התקנת רכישת נתונים
- חבר במחולל אותות צורת גל מתן גל משולש ב50 הרץ למעגל הפרד על ידי וחמש שנבנה מותאם אישית כדי להשיג 10 הרץ. המנתח רב ערוצי אופטיים (OMA) מופעל ב50 הרץ ומנורות הבזק של Nd: YAG הלייזר מופעלים באופן סינכרוני ב10 הרץ. אפשר להשתמש ICCD במקום של OMA, הפועל באופן סינכרוני בשיעור של קרינת לייזר פעם גם כן.
- חבר אחד מהיציאות של מעגל הפרד על ידי וחמש שנבנה מותאם אישית לגנרטור עיכוב דיגיטלי. השתמש בפלט אחד לסנכרן Nd: YAG ומנורות הבזק פלט אחר להמשךרול ההדק של מגבר מערך דיודה ליניארי ומנתח רבי ערוצים אופטיים. שוב, במקום מערך דיודה ליניארי התעצם וOMA אחד יכול להשתמש ICCD.
- להעביר את פלט ההדק מתכווננת של מכשיר הלייזר לאוסצילוסקופ ומחולל את דופק. אוסצילוסקופ ישמש כדי לפקח כאשר קרינת לייזר פעם תהיה זמינה עבור דור התמוטטות אופטי או אבלציה לייזר.
- חברו את יציאת מתח הגבוה של הגנרטור הדופק הדיגיטלי למערך דיודה ליניארי התעצם.
- חברו את היציאה אחרת של מחולל את הדופק לאוסצילוסקופ.
- חברו את יציאת מערך דיודה ליניארי התעצמה לOMA.
3. סנכרון ומדידה
- הגדר את הגנרטור פונקצית גל טופס פלט דופק משולש הפועל בהרץ 50 ± 1. גנרטור פונקציה זו מספק את התדר הראשי. מעגל בנוי מותאם אישית הפרד על ידי וחמש וגנרטור עיכוב דיגיטלי משמשים עבור acלאצור סנכרון.
- ליזום מערכת קירור מים ואספקת חשמל למכשיר לייזר. הפעל לייזר.
- קבע את הזמן לקרינת לייזר לנסוע מצמצם היציאה של Nd: YAG לייזר לאזור מול חריץ ספקטרומטר כדלקמן: מדוד את המרחק של נתיב האור ולחשב את זמן המעבר באמצעות המהירות של אור. דין וחשבון על זמן המעבר הזה בקביעת זמן השהית שער בשלב הבא.
- על הגנרטור הדופק הדיגיטלי, להגדיר את רוחב השער למדידה ואת זמן השהיה מהתמוטטות אופטית או דופק אבלציה לייזר, ולהשתמש באוסצילוסקופ כדי לפקח על זמן העיכוב. זמן ההשהיה יקבע כמה זמן לחכות לאיסוף נתונים לאחר ההתמוטטות מתרחשת. רוחב השער קובע כמה זמן מערך דיודה חשוף לקרינת פלזמה.
- צור התמוטטות אופטית באוויר ו / או למקם את מדגם על הבמה translational כזה שאבלציה תתרחש. תמונת microplasma על חריץ ספקטרומטר.
- בגין מדידות ונתוני שיא עם המערך התעצם ליניארי דיודה ומנתח רבי ערוצים אופטיים (או עם ICCD).
4. כיול אורך גל
- שיא ספקטרום ממנורות סטנדרטיות כיול: ניאון, כספית, ומנורות מימן. השתמש בהסדר ניסיוני עם מנורות לשים במקום שבו נוצר ופלזמה.
- שימוש באורכי הגל הידוע ממנורות, לבצע ליניארי או מעוקבים לנכון לקבל את התכתבות פיקסל הגל. מטרת כיול מדויק היא לתקן ללינאריות שמזוהות בדרך כלל עם מדידה של ספקטרום.
- חזור על כיולים עבור H, C 2, CN, ואזורי רפאים TIO של עניין.
5. כיול עוצמה
- הפעל מנורת כיול טונגסטן ולחכות שזה כדי להתחמם.
- השתמש pyrometer אופטי כדי למדוד את הטמפרטורה של המנורה הפעילה.
- השתמש בהסדר ניסיוני לrecord הספקטרום של המנורה הפעילה.
- לחשב עקומת גוף שחור מהחוק הקרינה של פלאנק באמצעות הטמפרטורה נמדדת כפרמטר קלט.
- להתאים את העקומה המחושבת לספקטרום של המנורה הפעילה. לקבוע את הגורמים שבו העוצמות שנרשמו מהעקומה המחושבת. החל גורמים אלה כדי לתקן ספקטרום שנרשם לרגישות אורך גל תלוי של הגלאי.
- חזור על פעולה זו עבור כל אזור ספקטרומטר היה בשימוש.
6. העברת נתונים
- להכין מדיום להעברת קבצים.
- לכל מדידת נתונים, להקליט אותו על המדיום.
- קח את המדיום הזה ולהעלות את הקבצים על זה למחשב בעבודה.
7. קובץ הכנה
- עבור כל קובץ, לנתח אותו לחלקים, אחד המכיל את הנתונים שנרשמו, ואחרים המפרטים גל מתחיל ושינוי באורך גל ממוצע לנקודת נתונים.
- השתמש בסעיפים הבאים כדי ליצור קובץ חדש שיתאיםאורכי גל עם הנתונים שנרשמו.
8. ניתוח מולקולרי דו אטומי
- בחר את הקובץ וקובץ גל כוח הקו מקביל.
- בחר את נקודת ההתחלה לקזז.
- קבע אם הקיזוז הוא קבוע, ליניארית, או ריבועית.
- הגדר את המקדמים המקביל לשני ערכים קבועים או משתנים.
- להגדיר את הרזולוציה ואת הטמפרטורה, אשר שניהם יכולים להיות קבוע או מגוון.
- הגדר את הסובלנות של התאמה לספקטרום הסינתטי כדי להיות בכושר לספקטרום הנמדד.
- התאם את ממוחשבת לספקטרום הניסיוני באמצעות אלגוריתם Nelder-מיד.
- שימוש בפרמטרים המתאים ביותר של הספקטרום המחושב לכל מדידה, להסיק את הפרמטרים microplasma נצפו בעיכובים השונים בזמן ורוחב שער בשימוש.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
LIBS מנצל קרינת לייזר פעם כדי ליינן מספיק מדגם כדי ליצור פלזמה. התפלגות מושרה לייזר של חומרים גזיים תיצור פלזמה שהוא מרוכז על אזור המוקד של קרן העירור, בעוד אבלציה לייזר על משטחים מוצקים תפיק פלזמה מעל פני השטח של המדגם. הפלזמה מופקת על ידי התמקדות הקרינה האופטית על סדר 100 GW / 2 סנטימטר על פולסים התמוטטות שבריר שנייה. כדי לייצר פלזמה אבלציה לייזר, בדרך כלל על 1 GW / 2 סנטימטר הוא יותר מהדרוש. קרינת הפלזמה המושרית מפוזרת על ידי ספקטרומטר. רק לזמני עיכוב ספציפיים מהתמוטטות אופטית, ספקטרום אטומי ודו אטומי מפותחים היטב. איורים 3-7 להמחיש תוצאות נציג.
בשלב מוקדם של ריקבון הפלזמה, קווים אטומיים להתפתח כקרינת רקע האלקטרון החופשית פוחתת. בהמשך לכך, בעיקר בשל רקומבינציה, ניתן להקליט ספקטרום מולקולרי. בניסיוניts, מגבר של מערך דיודה ליניארי חייב להיות מופעל באופן מדויק. לחלופין, ICCD חייב להיות מופעל באופן מדויק גם כן. זה מפעילה (או עיתוי) חייבים להתרחש באופן עקבי, כך שהנתונים שנרכשו מורכבים מתרומות בזמן עיכוב מדויק מאירוע ההתמוטטות. בהמשך לכך, OMA digitizes האות מהמערך התעצם ליניארי דיודה ומאחסן הנתונים. לICCD, עיתוי הוא חשוב באותה מידה והנתונים מאוחסנים באופן דומה. בניסויים עם מערך דיודה ליניארי התעצם, הרשומות OMA רק הראשון מבין חמש סריקות, ארבע סריקות שנותרו האחרות הן מיותרות אבל סריקות ברציפות הם התעלמו. איור 2 מדגים כיצד הנציג התעצם דיודה ליניארי תוצאות מערך מתקבלות.
לחקירות לגבי מינים אטומיים, קווים אטומיים נלמדים ביחס לצורה והרוחב 'הקווים ספקטרליים. צורות נמדדו אטומי הקו והרוחב הן בהשוואה למקבילהמודלים תיאורטיים. השוואה זו מאפשרת לקבוע את צפיפות אלקטרונים באזור נצפה של הפלזמה. בחקירות של ספקטרום מולקולרי דו אטומי, בדרך כלל רבים קווים ספקטרליים לתרום לכמה להקות מולקולריות. לכל מדידה, הספקטרום מנותחים ביחס לצורות, רוחבי, והעוצמות יחסי של הקווים הנכללים בלהקות מולקולריות. השוואה של הספקטרום המדוד ומחושב מנצלת את נקודות החוזק של שורה נובעות מתורת קוונטים אטומית יחד עם נתונים ספקטרליים ברזולוציה גבוהה, כי הם זמינים בספרות. השוואה זו מאפשרת להסיק טמפרטורת עירור של המולקולות דו האטומיות באזור נצפה של הפלזמה. הראוי מושגת באמצעות אלגוריתם Nelder-מיד, המאפשר אחד כדי לבצע multiparameter, בכושר לא לינארית של ספקטרום מחושב לספקטרום הנמדד. בחלק הבא, תוצאות מוצגות לניסויים שנבחרו כי כתובת ספקטרום שורה מולקולרית ואטומי דו אטומי. p>
איור 3 ממחיש ספקטרום TIO נמדד ומצויד. כאשר הדמיה אזורים מסוימים של פלומת טיו, הטמפרטורה מצוידת לעומת זמן תערוכות מינימום מקומי. מינימום זה אולי בשל בעירה.
מטרת הניתוח העיקרית לספקטרום המימן היא לקבוע את צפיפות האלקטרונים וטמפרטורה מספקטרום הזמן נפתר לקווי המימן אלפא והמימן-ביתא. איור 4 מראה פרופילי אלפא מימן נרשמו לאורך גובה החריץ. מיני אוויר מעבדה כגון חנקן וחמצן גורמים לקווי מימן אלפא לצוץ לאחר אירוע התמוטטות אופטית הראשוני. האבולוציה של קו המימן אלפא היא נחקרה על עיכובים של 0.4 μsec עד 30 μsec לאחר ההתמוטטות האופטית זמן. דמות אלפא המימן גם מצביעה על צפיפות גבוהה יותר אלקטרונים במרכז הפלזמה, מוצגת בדמות קרובה לאמצע ציר השסע שצוין.
jove_content "> 2 C המולקולה מראה כי הרמות הסיבוביות הנמוכים ביותר שלה רגישות לשינויים טמפרטורה, והרמות גבוהות יותר סיבוביות רגישות לצפיפות גז שמסביב ושדה קרינה. איור 5 מציג תוצאות מדידה ומצוידות טיפוסיות הבאים אבלציה לייזר באוויר. ניתוח של ספקטרום ברבור פחמן כולל חקר היווצרות של C 2 עקב רקומבינציה במאמץ להבין את היווצרות של C 2 וCN הבאים אבלציה הלייזר של גראפן. איור 6 תכניות המוקלטות ומצויד ספקטרום CN, והדמות גם מראה הסכם מצוין עם התאוריה. ההתאמה הספקטרום הניסיונית היטב עם הספקטרום ממוחשבים, ואת הסכם משכנע שניתן לראות בקצוות הפרומים וראש הלהקה. כמו ספקטרה 2 C, ספקטרום סיבוב / רטט של מופע חד תחמוצת אלומיניום מפותח להקות מולקולריות לטמפרטורה הגבוהה ב microplasma לייזר המושרה מתפורר. figurדואר 7 מופעים נמדד ומצויד ספקטרום ALO. מאז ALO הוא מוצר בתחילת הבעירה של אלומיניום, יש מחקרים ספקטרוסקופיות ALO יישומים במחקרי בעירה אלומיניום, בעיקר לקביעת טמפרטורה.
. איור 1 ההסדר סכמטי מציג את רכיבי הניסוי הבאים: (1) מפצל אלומה להסיט חלק קטן של 1,064 קרינת לייזר ננומטר; (2) מראות רעיוני אינפרא אדום לאנכיות ליישר את הקרן מול ספקטרומטר; (3) עדשה למקד את אלומת האור לנקודה הדוקה להתמוטטות אופטית; (4) הכוכב מסמל התמוטטות אופטית או פלזמה אבלציה לייזר, וכן (5) שתי עדשות כדי להתאים אתהתמקדות אופטיקה של ספקטרומטר. התיבה מסונכרנת, הגל, וגנרטור העיכוב להשיג סנכרון אלקטרוני של הלייזר והתעצמו מערך ליניארי דיודה ו-OMA (או ICCD) תדרי הפעלה. דיודת האור, גנרטור הדופק, ואוסצילוסקופ לאפשר אחד כדי לשלוט באופן מדויק ולפקח על חלון המדידה לLIBS. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
איור 2. עיתוי תרשים למדידות LIBS זמן נפתר. סנכרון OMA וסנכרון מנורת הבזק לייזר מסופקים על ידי גל וגנרטור עיכוב ומעגלים שהותקן. הדק לייזר דופק ודופק אש מסופק על ידי Nd: YAG לייזר מכשיר יחד עם Q-מתג דלay שליטה. Pretrigger נוסף, דופק אלקטרוני (לא מוצג) מסופק גם על ידי Nd: YAG לייזר היצרן. pretrigger זה מאפשר לנו באופן מדויק ויעיל לשליטה על עיכוב שער גלאי של מערכת OMA / ICCD. את הודעת OMA מתרחש לאחר חשיפה של מערך דיודה, כולל 4 סריקות קריאת נתונים שלאחר מכן, אבל התעלמו. עבור ניסויי דופק יחיד, קריאות OMA בודדות מאוחסנות בנפרד בזיכרון. למדידות ממוצעת 100-סריקה, סריקות readout OMA מתווספות ולאחר מכן מאוחסן. לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
איור 3. ספקטרום הפליטה המדוד וסינתטי להראות טיו 3 → X 3 v = 0 מעבר Δ Δ. נתונים שנמדדו נאסף עם מערך דיודה ליניארי התעצם בזמן עיכוב של עיכוב t = 95 μsec עם רוחב שער של 2 μsec. הספקטרום הנמדד הוא בכושר עם ספקטרום ממוחשבים מתאים לרזולוציה ספקטרלית של FWHM = 0.09 ננומטר וטמפרטורת T מוסק = 3,300 ק לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
שורת אלפא איור 4. מימן באלמר רשמה ב1.07 x 10 5 מימן גזי אבא. הפליטה של 1,000 אירועי התמוטטות אופטית ברציפות היתה דיסpersed עם ספקטרומטר ונאסף עם ICCD, 0.042 μsec מהתמוטטות אופטית ונפתרו מרחבית לאורך החריץ בגובה ספקטרומטר. לעיכוב זמן זה, צפיפות מספר אלקטרונים המקסימלי היא 0.32 x 10 25 אלקטרונים / 3 מ ', והשינוי האדום Hα המרבי מסתכם 1.2 ננומטר. ספקטרום בודד של קווי אלפא המימן ובטא מומחש למשל בParigger 6. הקלטה של קווי אלפא ובטא מימן הבא התמוטטות באוויר היא חלק מהווידאו התיעודי של פרסום יופיטר זה. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
איור 5. SPECT הברבור C 2ra נאסף עם מערך דיודה ליניארי התעצם בעיכוב לא עיכוב זמן = 20 μsec באמצעות רוחב שער של 1 μsec. הספקטרום שנמדד היה בקנה אחד עם ספקטרום שמחושב לרזולוציה ספקטרלית FWHM של 0.07 ננומטר וטמפרטורה של T = 5,600 K הוא להסיק. לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
איור 6. CN B 2 + ε → X 2 + ε סגול מעבר נרשם עם מערך דיודה ליניארי התעצם בעיכוב של עיכוב t = 70 μsec זמן עםרוחב שער של 4 μsec. הספקטרום שנמדד הוא בכושר עם ספקטרום ממוחשבים באמצעות רזולוציה ספקטרלית FWHM של 0.09 ננומטר. הטמפרטורה מוסק היא T = 6,600 ק לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
איור 7. 2 ε + → X 2 + ε הספקטרום האטומי ALO B לΔ = 0 המעברים נאספו עם מערך דיודה ליניארי התעצם בעיכוב של delayn = 45 μsec לא באמצעות רוחב שער של 5 μsec זמן. הספקטרום המצויד מחושב באמצעות שימוש ברזולוציה ספקטרלית FWHMשל 0.09 ננומטר. כמויות הטמפרטורה מוסק לט = 3,900 ק לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
הזמן לפתור פרוטוקול מדידה ותוצאות נציג נדונים נוסף כאן. חשוב לסנכרן את פעימות הלייזר, שנוצרו בשיעור של 10 הרץ, עם תדירות ההפעלה 50 הרץ של המערך התעצם ליניארי דיודה ו-OMA (או ICCD). יתר על כן, עיתוי מדויק של פעימות לייזר ופתיחת השער של המערך התעצם ליניארי דיודה (או לחלופין ICCD) הוא חיוני. גנרטור הגל, שמסומן בסכימה הניסיונית, משמש לסנכרון פעימות הלייזר והתעצם readout המערך ליניארי דיודה שמושגת עם המנתח רב ערוצי האופטי. גנרטור דופק מנוצל כדי להתאים את עיכוב הזמן למדידות.
חפיפה זמנית של דופק הלייזר במרכז חלון השער פתוח מגבר מתאים לעיכוב הראשוני אפס הזמן, עיכוב t = 0. במאמץ לקבוע את ההתפתחות הזמנית של ספקטרום הפליטה, עיכוב הזמן מהתמוטטות אופטית מגוונת. לדוגמא, קו אלפא המימן לא ניתן לראות באירועי התמוטטות אוויר עד 0.4 μsec אחרי הפלזמה הראשונית שנוצר. מדידות של ספקטרום פליטה דורשות גם כיולי אורך גל ועוצמה. כיולים אלה נחוצים לצורך הניתוח.
למדידות LIBS, התבוננות אבולוציה פלזמה על ידי ablating דגימות מתכתיות כמו טי, יש לעתים קרובות הרבה קווים אטומיים קיימים בטווח אורכי הגל של המעברים דו האטומיים של עניין. קווים אלה יכולים להיות עקביים בספקטרום שנאסף, גם בזמנים עיכוב מאוחר יותר. עם זאת, חלק מהקווים הללו מתרחשים בצו השני של הסורג נפיצה בספקטרומטר. השימוש במסנן נמוך לעבור מועיל כדי לחסום תרומות מסדר שני מסוג זה.
בעוד ההליכים של איסוף נתונים הם חשובים, בשיטות המשמשות למדידה להחזיק הכשרון שווה. מסקנות טמפרטורה הם נעשו על ידי ספקטרום סינטטי המתאים של משתנהפרמטרים microplasma לספקטרום שנאסף ניצול אלגוריתם Nelder-מיד. האמינות של הליך זה היא במידה רבה משופרת כאשר הרקע של הספקטרום ניתן לזהות באופן מדויק. בהקשר זה, על רקע המונח מתייחס לכל מה בספקטרום שנרשם פרט למעבר האטומי או מולקולרי של עניין. כדי לכמת את ההשפעה של רקע זה, הנתונים שנרשמו נחקרים על ידי ניתוח אות יחס רעש ביחס להשפעתם על הטמפרטורה שניתן להסיק מספקטרום מולקולרי דו אטומי. חקירה זו היא הקלה על ידי השימוש בסימולציות מסוג מונטה קרלו.
המשמעות של מדידת הזמן נפתר קצר שער בהחלט כוללת את היכולת ללכוד ספקטרום אטומי ומולקולרי נרגש מאוד. עבור קו אלפא אלמר המימן, שימוש ב6 NSEC השער הביא לקביעה מוצלחת של צפיפות אלקטרונים עד כמעט 10 25/3 מ '. לsp פליטה המולקולרי דו האטומיectra, טמפרטורות עירור עודף של 6,000 K היא טיפוסיות לLIBS עם שבריר שנייה Nd: YAG קרינת לייזר. ללא מגבר, מדידות יהוו ממוצעת לאורך זמן שנרשם במהלך האירועים חולפים. התמונות מאוירות בזמן לאפשר אחד כדי לחקור דור וריקבון של פלזמה לייזר מושרה. אפשר, באופן עקרוני, ספקטרום מולקולרי נרגש מאוד שיא נעקר מעט מפלזמת הלייזר מושרה בהירה, כמו במחקר של לפידי פלזמה. עם זאת, אחד לא הייתי ללכוד את הדינמיקה המוקדמת של ריקבון הפלזמה, כוללים מדידות של מינים אטומיים נרגשים מאוד.
יישומים עתידיים של מדידת מעבדה של ספקטרום אטומי ומולקולרי הבאים התמוטטות אופטית לייזר המושרה ימשיכו להיות עניין עקרוני והן ביישום. מדידות של רוחב קו אטומי בתחילת דעיכת הפלזמה לאפשר אחד כדי לקבוע את התנאים / פרמטרים פלזמה. מאמצי מחקר מתמשכים כוללים מצב מדויקלינג של הרחבת סטארק ו / או צורות קו. ספקטרום מולקולרי, יחד עם ידע מדויק של המעברים של עניין, תערוכה גדלה מספרם של היישומים בעיקר בתחומי זיהוי, אפיון, וקביעת, למשל, חומרי נפץ, נוצות בעירה, אטמוספרות של כוכבים, או הרכב כימי. השיטות והיישומים של ספקטרוסקופיה הזמן נפתר חשובות בהקמת הדינמיקה הבאה דור של פלזמה עם קרינת לייזר. דינמיקה אלה כוללת תנודות פלזמה, שינויים של צורות קו עקב התנגשויות, פליטת קרינת רקומבינציה עקב ו / או תהליכי בעירה. הפרדה זמנית של התהליכים המתרחשים התמוטטות אופטית הבאה היא חשובה לקביעת התופעות חולפות. אנו מבינים כי יישום LIBS הראשוני של ניתוח יסודות בשל קרינה ממינים אטומיים יהיה בתוספת מידה רבה על ידי מדידות של מינים מולקולריים הכוללת ניתוח של קרינה משונה, individual איזוטופים וisotopomers אטומיים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
כל המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
Acknowledgments
המחברים מודים למר JO Hornkohl על התעניינות ודיון בחישוב חוזק שורה המולקולרית דו אטומי. עבודה זו בוצעה בחלקו נתמך על ידי המרכז ליישומי לייזר באוניברסיטת טנסי מכון החלל.
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).
