Summary
يتم قياس الأنواع الجزيئية الذرية وثنائية الذرة وقت حل باستخدام LIBS. يتم جمع الأطياف على مختلف التأخير الزمني التالي توليد البلازما انهيار البصرية مع الثانية: YAG ليزر الأشعة وتحليلها لاستنتاج كثافة الإلكترونات ودرجة الحرارة.
Abstract
في هذا العمل، ونحن تقديم القياسات حل وقت الأطياف الذرية وثنائية الذرة التالية الليزر التي يسببها انهيار البصرية. ويستخدم ترتيب LIBS نموذجية. نحن هنا تشغيل الثانية: YAG الليزر على تردد 10 هرتز في الطول الموجي الأساسية لل1،064 نانومتر. وتتركز 14 NSEC البقول مع anenergy من 190 ميغا جول / نبض إلى 50 ميكرون حجم البقعة لتوليد البلازما من انهيار البصرية أو التذرية الليزر في الهواء. يتم تصويرها في microplasma على فتحة مدخل 0.6 م مطياف، وتسجل أطياف باستخدام 1،800 الأخاديد / مم صريف مجموعة الصمام الثنائي الخطي تكثيف ومحلل متعدد القنوات البصرية (OMA) أو ICCD. الفائدة هي خطوط الذرية ستارك وسع من سلسلة بالمر الهيدروجين لاستنتاج كثافة الإلكترونات. نحن أيضا وضع على قياسات درجة الحرارة من أطياف الانبعاثات ثنائي الذرة من أول أكسيد الألومنيوم (ALO)، والكربون (C 2)، السيانوجين (CN)، وأول أكسيد التيتانيوم (تيو).
وتشمل الإجراءات التجريبية ثavelength والمعايرة حساسية. ويتم إنجاز تحليل الأطياف الجزيئية التي سجلتها المناسب من البيانات مع نقاط القوة خط جدولتها. وعلاوة على ذلك، يتم تنفيذ مونتي كارلو نوع المحاكاة لتقدير هوامش الخطأ. قياسات وقت حل ضرورية لالبلازما عابرة شيوعا التي تواجهها في LIBS.
Introduction
الليزر التي يسببها انهيار الطيفي (LIBS) تقنيات 1-5 لها تطبيقات في ذرية 6-12 والدراسات الجزيئية من البلازما 13-20 ولدت مع أشعة الليزر. التحليل الطيفي وقت حل ضروري لتحديد خصائص عابر للبلازما. درجة الحرارة وكثافة الإلكترون، على سبيل المثال ولكن معلمتين البلازما، يمكن قياس تقدم نموذج نظري معقول من انهيار البلازما هو متاح. فصل الإشعاع الإلكترون الحر من الانبعاثات الذري والجزيئي يسمح لنا لاستكشاف الظواهر بدقة عابرة. من خلال التركيز على نافذة زمنية محددة، يمكن للمرء أن "تجميد" تسوس البلازما وبالتالي الحصول على بصمات الطيفية دقيقة. LIBS لديها مجموعة متنوعة من التطبيقات ومؤخرا الاهتمام في وسائل التشخيص LIBS يظهر زيادة كبيرة عند قياسها من قبل عدد من الباحثين في مجال النشر. بيكو والفيمتو ثانية ولدت microplasma هو من الجاريةمصلحة الأبحاث، ومع ذلك، والترتيبات LIBS التجريبية تاريخيا تستخدم أشعة الليزر نانوثانية.
يعرض الشكل 1 ترتيب تجريبية نموذجية لالليزر التي يسببها انهيار الطيفي. لهذا البروتوكول، والطاقة تبويب وظيفي لشعاع الأولي هو بناء على أمر من 75 ميغا جول النبض، في الطول الموجي الأشعة تحت الحمراء من 1،064 نانومتر. ويمكن تعديل هذه الطاقة نبض حسب الحاجة. . وفرقت البلازما بواسطة مطياف وقياس مع مجموعة كثفت الخطي الثنائي وOMA أو، بدلا من ذلك، على تصوير ل2 الأبعاد جهاز تكثيف تهمة جانب (ICCD) الشكل 2 يوضح الرسم التخطيطي توقيت تجارب حل الوقت: تزامن نابض أشعة الليزر مع قراءات، ليزر نبض الزناد، النار الليزر، وبوابة مفتوحة تأخير.
يتطلب نجاح الطيفي وقت حل مختلف إجراءات المعايرة. وتشمل هذه الإجراءات الطول الموجي المعايرة، والعودةالتصحيح الأرض، والأهم من ذلك، وتصحيح حساسية كاشف. تصحيح حساسية البيانات من أهمية بالنسبة للمقارنة بين قياس وعلى غرار الأطياف. لزيادة نسبة الإشارة إلى الضوضاء، يتم تسجيل الأحداث متعددة انهيار الليزر التي يسببها.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. إعداد النظام البصري
- وضع الخائن شعاع في الخروج من الليزر، والسماح لل1،064 نانومتر الطول الموجي ضوء بالمرور وتعكس سائر أشعة الليزر العابرة إلى تفريغ شعاع.
- وضع عالية السرعة للكشف عن الثنائي الضوئي PIN لتسجيل جزء من أشعة الليزر المنعكس من الخائن شعاع. ربط هذا كاشف لالذبذبات مع كابل متحد المحور لرصد نبض البصرية فيما يتعلق اثار قبل مولد وظيفة وقوع Q-التبديل في الثانية: جهاز ليزر YAG.
- محاذاة ثلاثة IR المرايا العاكسة لوضع مواز شعاع للفتحة من مطياف.
- ضع العدسة فوق المرحلة متعدية لتركيز شعاع من أجل توليد البصرية انهيار موازية البلازما إلى شق مطياف. محاذاة اثنين من العدسات الكوارتز لغرض التصوير البلازما على الشق. واثنين من العدسات التي تركز تطابق أمثل تصميم مطياف، وهذا يعني العدسة النهائية له أبرتلح لإنجاز AF # متطابقة مع وو # البصريات الداخلية مطياف ل.
- لقياسات فوق 380 نانومتر، ضع قطع على مرشح بين العدسات اثنين لغرض حجب الأشعة تحت 380 نانومتر. قطع على مرشح للأشعة فوق البنفسجية يقمع المساهمات ممكن (بسبب النظام 2 من صريف) لقياس الأطياف.
2. إعداد اقتناء البيانات
- توصيل مولد الدالة الموجية على شكل توفير موجة الثلاثي في 50 هرتز إلى قسمة خمسة الدائرة العرف بنيت للحصول على 10 هرتز. ويتم تشغيل محلل متعدد القنوات البصرية (OMA) في 50 هرتز وميض المصابيح من الثانية: YAG الليزر يتم تشغيلها بشكل متزامن في 10 هرتز. يمكن للمرء أن استخدام ICCD بدلا من OMA، التي تعمل بشكل متزامن في معدل الإشعاع الليزر النبضي كذلك.
- ربط واحدة من مخرجات عرف بني قسمة خمسة الدائرة لمولد تأخير الرقمية. استخدام واحد خرج لمزامنة الثانية: YAG مصابيح فلاش وإخراج آخر لتابعرول المشغلات من الخطية المكثفة مجموعة الصمام الثنائي ومتعدد القنوات محلل البصرية. مرة أخرى، بدلا من تكثيف مجموعة الصمام الثنائي الخطي وOMA يمكن للمرء أن استخدام ICCD.
- التتابع الناتج الزناد قابل للتعديل للجهاز الليزر لالذبذبات ومولد النبض. سيتم استخدام الذبذبات لمراقبة عندما أشعة الليزر النبضي سوف تكون متاحة لتوليد انهيار البصرية أو الاستئصال بالليزر.
- ربط الانتاج عالية الجهد من مولد النبض الرقمية إلى مجموعة الصمام الثنائي الخطي المكثف.
- ربط الانتاج الأخرى من مولد النبض إلى الذبذبات.
- ربط الصمام الثنائي تكثيف خطي انتاج مجموعة إلى OMA.
3. تزامن والقياس
- تعيين موجة شكل مولد وظيفة لإخراج نبض مثلث تعمل على 50 ± 1 هرتز. يوفر هذا المولد وظيفة تردد الرئيسي. وتستخدم عرف بني قسمة خمسة الدائرة ومولد تأخير الرقمية للميلانالإشراف التزامن.
- بدء نظام تبريد المياه وإمدادات الطاقة لجهاز الليزر. تفعيل الليزر.
- تحديد الوقت المناسب لأشعة الليزر للسفر من فتحة خروج الثانية: YAG الليزر إلى المنطقة أمام شق مطياف كما يلي: قياس المسافة من مسار الضوء وحساب الوقت العبور باستخدام السرعة من الضوء. تمثل هذه المرة في العبور تحديد وقت بوابة التأخير في الخطوة التالية.
- على مولد النبض الرقمية، تعيين عرض بوابة للقياس وتأخير الوقت من انهيار الضوئية أو الليزر التذرية النبض، واستخدام الذبذبات لرصد تأخير الوقت. وقت التأخير ستحدد متى الانتظار لجمع البيانات بعد حدوث الانهيار. يحدد عرض البوابة متى ما يتعرض له مجموعة الصمام الثنائي للأشعة البلازما.
- توليد انهيار البصرية في الهواء و / أو وضع العينة على مرحلة متعدية بحيث الاجتثاث سوف تحدث. صورة microplasma على شق مطياف.
- تبدأ القياسات وبيانات السجل مع مجموعة كثفت الخطي الثنائي ومتعدد القنوات البصرية محلل (أو مع ICCD).
4. معايرة الطول الموجي
- سجل أطياف من مصابيح المعايرة القياسية: النيون، والزئبق، ومصابيح الهيدروجين. استخدام ترتيبات تجريبية مع مصابيح وضعت في المكان الذي ولدت البلازما.
- باستخدام موجات معروفة من المصابيح، نفذ نوبة خطية أو مكعب للحصول على المراسلات بكسل الطول الموجي. والغرض من هذا هو معايرة دقيقة لتصحيح الغير خطية التي ترتبط عادة مع قياس الأطياف.
- تكرار المعايرة لH، C 2، CN، وتيو المناطق الطيفية من الفائدة.
5. معايرة كثافة
- بدوره على معايرة مصباح التنغستن وانتظر حتى الاحماء.
- استخدام البيرومتر البصرية لقياس درجة حرارة المصباح نشطة.
- استخدام ترتيبات تجريبية لصecord الطيف من المصباح نشطة.
- حساب منحنى الأسود من قانون بلانك للإشعاع باستخدام درجة الحرارة المقاسة كمعلمة إدخال.
- تناسب منحنى المحسوبة لطيف المصباح نشطة. تحديد العوامل التي سجلت من شدة منحنى المحسوبة. تنطبق هذه العوامل لتصحيح الأطياف المسجلة للحساسية التي تعتمد على الطول الموجي للكاشف.
- كرر ذلك لكل منطقة تم استخدام مطياف.
6. نقل البيانات
- إعداد المتوسطة لنقل الملفات.
- لكل قياس البيانات، وتسجيل ذلك على المدى المتوسط.
- تأخذ هذه الوسيلة وتحميل الملفات على ذلك إلى كمبيوتر العمل.
7. إعداد ملف
- لكل ملف، تحليل ذلك إلى أقسام، واحدة تحتوي على البيانات المسجلة، والبعض الآخر يحدد بدءا الطول الموجي ومتوسط الطول الموجي التحول لكل نقطة بيانات.
- استخدام هذه المقاطع لإنشاء ملف جديد لمطابقةموجات مع البيانات المسجلة.
8. التحليل الجزيئي ثنائي الذرة
- حدد الملف والطول الموجي المقابلة ملف قوة الخط.
- حدد معادلة أساسية.
- تعيين ما إذا كان الإزاحة هو ثابت، الخطية، أو من الدرجة الثانية.
- تعيين معاملات المقابلة إما القيم ثابتة أو متغيرة.
- تعيين دقة ودرجة الحرارة، وكلاهما يمكن أن تكون إما ثابتة أو متنوعة.
- تعيين التسامح من يصلح لأطياف الاصطناعية ليكون لائقا لقياس الأطياف.
- تناسب محسوب إلى أطياف التجريبية باستخدام خوارزمية Nelder-ميد.
- باستخدام أفضل المعلمات المناسب من الأطياف المحسوبة لكل قياس، يستنتج المعلمات microplasma لوحظ في مختلف التأخير الوقت وعرض البوابة المستخدمة.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
LIBS يستخدم أشعة الليزر النبضي لتأيين بما فيه الكفاية لتشكيل عينة البلازما. سوف انهيار الليزر التي يسببها المواد الغازية خلق البلازما التي تتمحور حول المنطقة المحورية في شعاع الإثارة، في حين التذرية الليزر على الأسطح الصلبة سوف تنتج البلازما فوق سطح العينة. يتم إنشاء البلازما بتركيز الأشعة الضوئية على ترتيب 100 غيغاواط / سم 2 لنبضات النانوسيكند الانهيار. لإنتاج الليزر التذرية البلازما، عادة 1 غيغاواط / سم 2 هي أكثر من كافية. وفرقت الإشعاع الناجم عن البلازما مطياف. فقط في أوقات محددة من تأخير انهيار البصرية، ويتم تطوير الأطياف الذرية وثنائية الذرة جيدا. أرقام 3-7 توضيح نتائج ممثل.
في تسوس البلازما في وقت مبكر، وخطوط الذرية تتطور كما يقلل من إشعاع الخلفية الحرة الإلكترون. في وقت لاحق، ويرجع ذلك أساسا إلى إعادة التركيب، يمكن تسجيل الأطياف الجزيئية. في التجربهنهاية الخبر، وتكثيف للصفيف ديود الخطية يجب أن تظهر بدقة. بدلا من ذلك، وهو ICCD يجب أن تظهر بدقة كذلك. هذا اثار (أو التوقيت) يجب أن تحدث باستمرار، بحيث تتكون بيانات تم الحصول عليها من المساهمات في وقت تأخير دقيقة من الحدث الانهيار. في وقت لاحق، والتحويل الرقمي OMA الإشارة من مجموعة الصمام الثنائي الخطي تكثيف ومخازن البيانات. لICCD، والتوقيت هو نفس القدر من الأهمية ويتم تخزين البيانات على نحو مماثل. في التجارب مع مجموعة الصمام الثنائي الخطي المكثفة، السجلات OMA فقط أول خمس بالاشعة، والآخر أربعة بالاشعة المتبقية هي زائدة عن الحاجة ولكن يتم تجاهل بالاشعة التوالي. ويوضح الشكل 2 كيف تكثيف ممثل الصمام الثنائي الخطي يتم الحصول على نتائج مجموعة.
لتحقيقات بشأن الأنواع الذرية، ودرس خطوط الذرية فيما يتعلق الشكل وعرض الخطوط الطيفية. تتم مقارنة الأشكال خط الذرية قياس وعرض لالمقابلةالنماذج النظرية. هذه المقارنة يسمح احد لتحديد كثافة الإلكترونات في المنطقة لوحظ من البلازما. في التحقيقات من الأطياف الجزيئية ثنائي الذرة، وعادة العديد من الخطوط الطيفية المساهمة في العديد من العصابات الجزيئية. لكل قياس، ويتم تحليل أطياف فيما يتعلق الأشكال والاعراض، وشدة النسبية للخطوط الفردية الواردة في النطاقات الجزيئية. المقارنة بين أطياف المقاسة والمحسوبة يستخدم القوة المستمدة من خط نظرية الكم ثنائي الذرة جنبا إلى جنب مع بيانات عالية الدقة الطيفية التي تتوفر في الأدب. هذه المقارنة يسمح لأحد أن يستنتج درجة حرارة الإثارة من جزيئات ثنائية الذرة في المنطقة لوحظ من البلازما. ويتم إنجاز تركيب مع خوارزمية Nelder-ميد، مما يسمح احد لتنفيذ multiparameter، وتناسب غير الخطية من الأطياف المحسوبة لقياس الأطياف. في ما يلي، يتم عرض نتائج التجارب المختارة التي تعالج ثنائي الذرة الجزيئي والذري خط الأطياف. ع>
ويوضح الشكل 3 قياس ومزودة تيو الأطياف. عند التصوير مناطق معينة من عمود تيو، ودرجة الحرارة مزودة مقابل الوقت يظهر الحد الأدنى المحلية. وربما يرجع ذلك إلى احتراق هذا الحد الأدنى.
الهدف الأساسي لتحليل أطياف الهيدروجين هو تحديد كثافة الإلكترونات ودرجة الحرارة من أطياف وقت حل للهيدروجين ألفا وبيتا خطوط الهيدروجين. الشكل 4 يوضح ملامح ألفا الهيدروجين سجلت على طول ارتفاع الشق. الأنواع الهواء المختبر مثل النيتروجين والأوكسجين يسبب خطوط ألفا الهيدروجين في الظهور بعد وقوع الحدث انهيار البصرية الأولية. يتم التحقيق في تطور خط الهيدروجين ألفا عن التأخير وقت 0.4 μsec تصل إلى 30 μsec بعد انهيار البصرية. يشير الرقم ألفا الهيدروجين أيضا أعلى كثافة الإلكترونات في وسط البلازما، عرض في الشكل بالقرب من وسط محور شق المشار إليها.
jove_content "> جزيء C 2 يدل على أن أدنى مستوياته التناوب حساسة لاختلاف درجة الحرارة، ومستويات أعلى التناوب حساسة لكثافة الغاز وحقل الإشعاع المحيطة. الشكل 5 يعرض نتيجة قياس ومزودة النموذجية التالية التذرية الليزر في الهواء. تحليل من أطياف سوان الكربون ويشمل دراسة تشكيل C 2 بسبب إعادة التركيب في محاولة لفهم تشكيل C 2 و CN التالية التذرية الليزر من الجرافين. الشكل 6 العروض المسجلة ومزودة CN الأطياف، ويوضح الشكل أيضا اتفاق ممتازة مع النظرية. انتهت المباراة التجريبية بشكل جيد مع أطياف أطياف محسوب، والاتفاق مقنعة يمكن أن ينظر إليه في نهايات زائدة ورؤساء الفرقة. مثل أطياف C 2، أطياف التناوب / اهتزاز الألومنيوم أول أكسيد المعرض متطورة العصابات الجزيئية لدرجات الحرارة المرتفعة في والمتحللة التي يسببها الليزر microplasma. الارقام ..ه 7 يبين قياس ومزودة ALO الأطياف. منذ ALO هو منتج في وقت مبكر من الاحتراق من الألمنيوم، والدراسات الطيفية ALO لها تطبيقات في الدراسات احتراق الألومنيوم، في المقام الأول لتحديد درجة الحرارة.
الشكل 1 يبين ترتيب التخطيطي المكونات التجريبية التالية: (1) شعاع الخائن لصرف جزء صغير من 1،064 نانومتر أشعة الليزر؛ (2) الأشعة تحت الحمراء المرايا العاكسة لمحاذاة شعاع عموديا أمام مطياف، (3) العدسة ل تركيز شعاع لبقعة ضيقة للانهيار البصرية؛ (4) النجم يرمز انهيار الضوئية أو الليزر التذرية البلازما، و (5) اثنين من العدسات لتتناسب معالتركيز البصريات من مطياف. مربع متزامنة، موجة، ومولد تأخير إنجاز التزامن الالكترونية من الليزر وكثفت مجموعة الصمام الثنائي الخطي وOMA (أو ICCD) ترددات التشغيل. والثنائي الضوئي، مولد النبض، والذبذبات تسمح لأحد أن التحكم بدقة ورصد نافذة القياس لLIBS. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الشكل 2. التوقيت المخطط لقياس LIBS وقت حل. وتقدم المزامنة OMA وفلاش ليزر مصباح تزامن موجة مولد وتأخير ومبنية خصيصا الدوائر. وتقدم ليزر النبض والنبض الزناد النار من قبل الثانية: جهاز ليزر YAG مع Q-التبديل ديلالمنعم يوسف السيطرة. يتم توفير pretrigger اضافية، نبض الالكترونية (لا يظهر) أيضا الثانية: YAG الليزر المصنعة. هذا pretrigger يسمح لنا بدقة وكفاءة للسيطرة على تأخير البوابة كاشف للنظام OMA / ICCD. قراءات OMA يحدث لاحقا إلى تعرض مجموعة الصمام الثنائي، بما في ذلك 4 لاحقة لكنها تجاهلت بالاشعة قراءات. للتجارب نبضة واحدة، يتم تخزين قراءات OMA على حدة في الذاكرة. لمتوسط 100 قياسات المسح، يتم إضافة بالاشعة قراءات OMA ثم تخزينها. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الرقم 3. تظهر أطياف الانبعاثات المقاسة والاصطناعية تيو A 3 → X 3 Δ Δ ت = 0 تمر بمرحلة انتقالية. وقد تم جمع البيانات المقاسة مع مجموعة الصمام الثنائي الخطي كثفت في وقت تأخير ر التأخير = 95 μsec مع عرض بوابة 2 μsec. أطياف قياس يصلح مع الأطياف المحسوبة المقابلة لقرار الطيفية للFWHM = 0.09 نانومتر ودرجة الحرارة T = 3،300 الاستدلال K. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الشكل 4. بالمر الهيدروجين خط ألفا سجلت في 1.07 × 10 5 باسكال الهيدروجين الغازي. وكانت انبعاثات 1،000 التوالي الأحداث انهيار البصرية ديسpersed مع مطياف وجمعها مع ICCD، 0.042 μsec من انهيار البصرية وتحل مكانيا على طول شق مطياف الارتفاع. لهذا التأخير الوقت، والحد الأقصى لكثافة عدد الإلكترون هو 0.32 × 10 25 الإلكترونات / م 3، والحد الأقصى للHα تحول الحمراء يصل إلى 1.2 نانومتر. ويوضح الأطياف الفردية للخطوط ألفا وبيتا الهيدروجين على سبيل المثال في Parigger 6. تسجيل ألفا وبيتا خطوط الهيدروجين في الهواء عقب انهيار جزء من فيديو وثائقي من هذا المنشور إن الرب. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الرقم 5. البجعة SPECT C 2تم جمع را مع مجموعة الصمام الثنائي الخطي كثفت في تأخير الزمن t = 20 تأخير μsec باستخدام عرض بوابة 1 μsec. وتناسب قياس الطيف مع الأطياف المحسوبة على قرار الطيفية FWHM من 0.07 يستدل نانومتر، ودرجة حرارة T = 5،600 K. اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الرقم 6. وCN B 2 + → ε ε X 2 + البنفسجي وسجلت الانتقال مع مجموعة الصمام الثنائي الخطي كثفت في تأخير الوقت من التأخير = 70 ر μsec مععرض بوابة 4 μsec. الطيف قياس يصلح مع الأطياف المحسوبة باستخدام الاستبانة الطيفية FWHM من 0.09 نانومتر. درجة الحرارة الاستدلال هو T = 6،600 ك اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
الرقم 7. جمعت الو B 2 + → ε ε + X 2 ثنائي الذرة الأطياف لΔ = 0 التحولات مع مجموعة الصمام الثنائي الخطي كثفت في تأخير وقت ر delayn = 45 μsec باستخدام عرض البوابة من 5 μsec. يتم احتساب أطياف المجهزة باستخدام الاستبانة الطيفية FWHM0.09 نانومتر. المبالغ درجة الحرارة الاستدلال لT = 3،900 ك اضغط هنا لمشاهدة صورة بشكل اكبر .
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
الوقت حل بروتوكول القياس والنتائج وممثل مزيد من مناقشتها هنا. فمن المهم لمزامنة نبضات الليزر، ولدت بمعدل 10 هرتز، مع تردد التشغيل 50 هرتز للصفيف تكثيف خطي الصمام الثنائي وOMA (أو ICCD). علاوة على ذلك، توقيت دقيق من نبضات الليزر وافتتاح بوابة للصفيف تكثيف خطي الصمام الثنائي (أو بدلا من ذلك ICCD) أمر ضروري. مولد موجة، وأشار في التخطيطي التجريبية، ويستخدم لمزامنة نبضات الليزر الصمام الثنائي وتكثيف خطي قراءات مجموعة أن يتم إنجاز مع محلل متعدد القنوات البصرية. ويستخدم مولد النبض لضبط تأخير الوقت للقياسات.
التداخل الزمني للنبضة ليزر تركزت في نافذة البوابة المفتوحة المكثفة يتوافق مع الأولي صفر تأخير الوقت، ر تأخير = 0. في محاولة لتحديد تطور الزمني للأطياف الانبعاثات، وتأخير الوقت منوتتنوع انهيار البصرية. على سبيل المثال، لا يمكن أن ينظر إلى خط ألفا الهيدروجين في انهيار الأحداث الهواء حتى 0.4 μsec بعد البلازما الأولي يتم إنشاؤها. تتطلب قياسات أطياف الانبعاثات أيضا الطول الموجي وشدة المعايرة. هذه المعايرة اللازمة للتحليل.
لقياسات LIBS، ومراقبة تطور البلازما بواسطة الذوبان عينات معدنية مثل منظمة الشفافية الدولية، غالبا ما تكون هناك العديد من خطوط الذرية موجودة في النطاق الموجي من التحولات ثنائي الذرة من الفائدة. ويمكن لهذه الخطوط تكون مستمرة في تجمع الأطياف، حتى في بعض الأحيان تأخير في وقت لاحق. ومع ذلك، فإن بعض هذه الخطوط تحدث في الدرجة الثانية من صريف التشتت في مطياف. استخدام مرشح تمرير منخفض هو مفيد لمنع مثل هذه المساهمات من الدرجة الثانية.
في حين أن إجراءات جمع البيانات مهمة، والأساليب المستخدمة لتركيب عقد الجدارة على قدم المساواة. يتم إنجاز الاستدلالات درجة الحرارة عن طريق أطياف الاصطناعية المناسب متفاوتةالمعلمات microplasma إلى أطياف تجمع باستخدام خوارزمية Nelder-ميد. ومما يعزز موثوقية هذا الإجراء كثيرا عندما خلفية الأطياف يمكن تحديدها بدقة. في هذا السياق، يشير المصطلح إلى خلفية كل شيء في أطياف سجلت باستثناء التحول الذري أو الجزيئي من الفائدة. لقياس تأثير هذه الخلفية، ويتم التحقيق في البيانات المسجلة من خلال تحليل إشارة إلى نسب الضوضاء فيما يتعلق تأثيرها على درجة الحرارة الاستدلال الاستدلال على ذلك من الأطياف الجزيئية ثنائي الذرة. ومما يسهل هذا التحقيق عن طريق استخدام نوع مونتي كارلو المحاكاة.
أهمية البوابة القصير قياس الوقت حل يتضمن بالتأكيد القدرة على التقاط الأطياف الذرية والجزيئية متحمس للغاية. للخط ألفا بالمر الهيدروجين، أدى استخدام 6 NSEC البوابة في تقرير الناجح لكثافة الإلكترونات تصل إلى ما يقرب من 10 25 / م 3. ثنائي الذرة ليرة سورية الانبعاثات الجزيئيةectra، ودرجات حرارة الإثارة ما يزيد على 6،000 K هو الحال بالنسبة للLIBS مع النانوسيكند الثانية: أشعة الليزر YAG. دون المكثفة، فإن القياسات تشكل في المتوسط على مر الزمن سجلت خلال أحداث عابرة. لقطات مصورة في الوقت تسمح لأحد للتحقيق جيل واضمحلال الليزر التي يسببها البلازما. يمكن للمرء أن، من حيث المبدأ، وسجل الأطياف الجزيئية متحمس للغاية النازحين قليلا من الليزر التي يسببها البلازما مشرق، كما هو الحال في دراسة المشاعل البلازما. ومع ذلك، فإن المرء لا التقاط ديناميات المبكر للتسوس البلازما، بما في ذلك القياسات الأنواع الذرية متحمس للغاية.
تستمر التطبيقات المستقبلية القياس مختبر الأطياف الذرية والجزيئية التالية الليزر التي يسببها انهيار البصرية لتكون ذات فائدة سواء الأساسية وتطبيق المنحى. قياسات بعرض سطر الذرية في تسوس البلازما في وقت مبكر يسمح احد لتحديد ظروف البلازما / المعلمات. وتشمل الجهود البحثية الجارية وضع دقيقلينغ من ستارك توسيع و / أو أشكال الخط. الأطياف الجزيئية، جنبا إلى جنب مع معرفة دقيقة من التحولات من الفائدة، وزيادة عرض عدد الطلبات لا سيما في المناطق لتحديد الهوية، وتوصيف، وتصميم، على سبيل المثال، والمتفجرات، أعمدة الاحتراق، الأجواء النجمية، أو التركيب الكيميائي. أساليب وتطبيقات التحليل الطيفي وقت حل مهمة في إرساء ديناميكية التالية جيل من البلازما مع أشعة الليزر. وتشمل هذه الديناميات التذبذبات البلازما، والتغيرات من الأشكال الخط بسبب الاصطدامات، بسبب انبعاثات الإشعاع إعادة التركيب و / أو عمليات الاحتراق. الفصل الزمني للعمليات التي تحدث انهيار البصرية التالي المهم لتحديد الظواهر العابرة. ونحن نفهم أن تطبيق LIBS الأولي لتحليل العناصر بسبب الإشعاع الذري من الأنواع وستضاف بقوة القياسات الأنواع الجزيئية التي تشمل تحليل الإشعاع من مختلف، فرديidual النظائر الذرية وisotopomers.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
تعلن جميع المؤلفين أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.
Acknowledgments
المؤلفين أشكر السيد JO Hornkohl للاهتمام ومناقشة حساب ثنائي الذرة نقاط القوة خط الجزيئي. يتم في جزء أيد هذا العمل من قبل المركز لتطبيقات الليزر في جامعة تينيسي معهد الفضاء.
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. Computation of AlO emission spectra. Spectrochim. Acta Part A. 81, 404-411 (2011).
- 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).
