0. 引 言
铝合金材料由于其质地轻柔且强度高,在交通、海洋、航天等领域轻量化部件中具有
极高的应用性。铝土矿是铝合金生产过程中的主要原材料,因此快速、高精度检测铝土矿
成分含量,对铝及铝合金的生产显得尤为重要,对促进我国铝土矿开发、铝工业发展具有
重大意义。
激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术在最近几年发展
迅速,是一种新型的原子发射光谱检测技术,它利用脉冲能量将激光聚焦于样品表面,样
品表面吸收能量后快速升温产生等离子体,等离子体在冷却降温的过程中产生原子发射光
谱,根据光谱强度大小实现待测样品中元素含量的检测
[1-4]
。LIBS 操作简单、几乎对样品
没有损耗,便于被用于光谱辐射信息对多物态材料
[5-7]
元素成分含量及种类进行研究,因
此,LIBS 被广泛应用在矿物勘测
[8-9]
、生物制药
[10-11]
、冶金行业
[12-13]
等领域中。
为了改进传统 LIBS 存在的灵敏度低、特征谱线噪声较大等缺点,国内外研究学者提
出利用多种辅助约束的方法来增强 LIBS 光谱强度,提高信噪比。Wang 等
[14]
研究了激光脉
冲能量及放电通道对火花放电辅助的 LIBS 影响,确定了 LA-SIBS 在检测铝合金、黄铜等
样品下的最优实验条件,降低了元素的检出限。于丹等
[15]
研究了加热样品结合空间约束
LIBS 的方法对光谱强度的影响,他们发现样品温度升高时,光谱强度也会随着升高,当两
种外部条件共同作用时 LIBS 收集到光谱的增强效果最好,在此条件下 Al Ⅰ 396.2 nm 谱线
强度增大了 2.1 倍。李业秋等
[16]
人利用双脉冲 DP-LIBS 技术对大气中的重金属成分进行分
析,并探讨了脉冲间隔对双脉冲激光所激发的谱线强度的影响,实验结果表明:双脉冲激
光可以有效增强光谱强度,同时谱线的稳定性也得到了一定的提高。Minchao Cui
[17]
利用长-
短双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)对钢铁样品中的锰元素进行了定量分析,结果表
明:与单脉冲 LIBS 相比,DP-LIBS 拟合系数 R
2
从 0.810 提升到 0.988,且平均预测相对误
差也从 29.3%下降到 10.5%。
文中通过激光诱导击穿光谱系统结合外加腔体约束对铝土矿中 Si、Al 元素光谱强度
进行研究,通过分析特征谱线 Si Ⅰ 288.15 nm 及 Al Ⅰ 308.21 nm 的谱线强度及信噪比随实验
参数的变化趋势,确定了铝土矿实验的最佳参数,并对所产生的现象进行相应的分析,为
后续 Si、Al 元素含量检测奠定了基础。
1. 实 验
1.1 腔体约束 LIBS 方法
文中采用高度 3 mm,孔径 4 mm 的铝制柱形腔体对 LIBS 进行约束,将腔体放置于压
片后的铝土矿表面,当激光对铝土矿样品进行烧蚀时,产生等离子体,等离子体产生的过