Лазерно-плазменные методы спектрального анализа

• Автор: Ошемков, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 327 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ЧАСТЬ 1. АНАЛИЗ С ЛАЗЕРНОЙ АТОМИЗАЦИЕЙ

Г лава 1. Лазерная атомизация в аналитической спектроскопии обзор.

1.1 Основные принципы

1.2 Анализ но первичным спектрам лазерного факела

1.3 Анализ по вторичным спектрам лазерного факела

1.4 Анализ с разделением процессов абляции и получения спектров

вне факела

1.5 Атомизация непрерывным лазерным излучением.

1.6 Лазерные методы определения газов в твердых веществах

Глава 2. Лазерный нагрев и испарение в спектральноизотопном методе
определения газообразующих примесей в твердых веществах
2.1 Особенности использования лазерного излучения в
спектральноизотопном методе
2.2. Экспериментальная установка
2.3. Изотопный анализ микроколичеств водорода, азота и углерода
2.4. Ошибки метода на стадии изотопного обмена
2.4.1. Поправка холостого опыта.
2.4.2. Влияние возгонов образца.
2.4.3. Полнота изотопного обмена и учет массы экстрагированного металла
2.5. Методика дифференцированного определения газов в мегаллах
2.5.1. Выполнение определения.
2.5.2. Метрологические характеристики.
2.6. Определение газообразующих примесей в твердых образцах с использованием излучения непрерывного лазера
Выводы.
Глава 3. Сканирующий анализ твердых проб с атомизацией
непрерывным лазерным излучением.
3.1. Установка для атомноабсорбционного анализа геологических проб при их атомизации излучением лазера непрерывного действия.
3.2. Расчетная оценка предела обнаружения.
3.3. Исследование особенностей нагрева и испарения твердых проб непрерывным лазерным излучением
3.3.1. Температура в зоне лазерного воздействия.
3.3.2. Экстрагированная масса.
3.3.3. Оптимизация условий анализа геологических проб.
3.3.4. Метод температурной коррекции сигнала
3.4. Исследование метрологических характеристик метода
3.5. Одноэлементный вариант сканирующего лазерного анализатора монолитных и порошкообразных геологических проб
3.6. Миогоэлемеитный вариант метода.
3.6.1. Миогоэлемеитный анализатор
3.6.2. Исследование многоэлементного анализатора
Выводы.
Глава 4. Локальный и послойный анализ твердых проб с лазерной атомизацией и лазернофлуоресцентным детектированием в вакууме
4.1. Экспериментальная установка
4.2. Исследование кинетики сигнала флуоресценции и фона в
плазме лазерного факела в вакууме
4.3. Аналитические возможности метода
4.3.1. Расчетная оценка предела обнаружения
4.3.2. Локальное определение свинца и натрия в твердых образцах
4.3.3.ослойное определение свинца в стилях
4.3.4. О возможности корреляционной коррекции сигнала.
Выводы.
Г лава 5. Лазерноискровая атомизация в анализе газов и твердых проб.
5.1. Лазерноискровое определение металлов в газах.
5.1.1. Аппаратура для лазернофлуоресцентного и атомноэмиссионного определения металлов в газах
5.1.2. Результаты и их обсуждение
5.2. Лазерноискровой анализ силикатных образцов.
5.2.1. Особенности испарения вещества пробы в приповерхностной лазерной искре.
5.2.2. Эмиссионный спектр лазерной искры, возбуждаемой вблизи поверхности стекол
5.2.3. Лазерноиндуцированная флуоресценция в приповерхностной 6 лазерной искре
Выводы.
ЧАСТЬ 2. ЛАЗЕРНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ
Глава 6. Методы лазернофлуоресцентного анализа газовой фазы обзор
6.1. Основные принципы
6.2. Лазернофлуоресцентное определение малых газовых примесей
в неорганических газах
6.3. Лазернофлуоресцентное определение низких концентраций
паров металлов в неорганических газах.
Глава 7. Лазернофлуоресцентный анализ газов.
7.1. Лазернофлуоресцентное определение окислов азота в газах. .
7.1.1. Аппаратура для высокочувствительного лазернофлуоресцентного определения 2 в газах.
7.1.2. Определение в газах
7.1.3. Дифференцированное определение , 0 в и определение
общего азота в газах
7.2. Плазменнолазерное определение микроконцентраций неона в
гелии и аргоне
7.2.1. Схема возбуждения и наблюдения флуоресценции .
7.2.2. Экспериментальная установка с непрерывным разрядом
7.2.3. Исследование параметров экспериментальной установки
7.2.4. Методика лазернофлуоресцентного определения микроконцентраций неона в гелии в ВЧ разряде
7.2.5. Аналитические характеристики методики.
7.2.6. Определение неона в аргоне
7.2.7. Схема импульсного питания разряда.
7.2.8. Исследование кинетики сигнала и фона и оптимизация условий анализа
7.2.9. О процессах заселения и разрушения метастабилсй неона в разряде в смеси гелийнеон
7.2 Градуировочные графики для определения неона в гелии
7.2 О возможности использования корреляционных связей для снижения влияния на результаты анализа третьих компонентов
Выводы
Глава 8. Лазернофлуоресцентное детектирование низких концентраций паров металлов при их электротермической атомизации в графитовой юовеге.
8.1. Экспериментальная установка
8.2. Измерение низких концентраций атомов свинца
8.3. Измерение низких концентраций атомов хрома.
Выводы
Глава 9. Лазернофлуоресцентный анализ с атомизацией проб в горячем
полом катоде
9.1. Экспериментальная установка
9.2. Оптимизация условий анализа для случая разряда на
постоянном токе
9.3. Временная селекция сигнала и фона в импульсном полом
кагоде.
Выводы
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. Спекгроскопические методики анализа изотопного состава водорода, азота и углерода.
2. Особенности флуоресценции при лазерном возбуждении
3. О возможности увеличения сигнала флуоресценции в условиях насыщения перехода в трехуровневой схеме.
4. Лазерная технология формирования трехмерных структур в прозрачных диэлектриках
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В результате транспортировки эксграгированной пробы в источник света возникает пик эмиссии определяемых примесей, который, в зависимости от скорости потока газаносителя и от длины линии связи, может изменяться по амплитуде, ширине и времени его запаздывания по отношению к моменту эксгракции. Обычно время задержки и ширина пика эмиссии варьируют от десятых до нескольких секунд . В анализе алюминиевых и титановых сплавов при использовании лазера в режиме свободной генерации чувствительность составляет 4 масс, что представляется вполне хорошим результатом, если учесть, коэффициент вариации для различных условий составляет 0, 0,1, а локальность анализов 0, мм. В режиме с модулированной добротностью локальность выше, но примерно на порядок выше и предел обнаружения. Транспортировка в потоке газа экстрагированного вещества пробы из зоны экстракции в аналитическую зону реализована также и в варианте атомноабсорбционного анализа в сочетании с электротермическим , и пламенным , атомизаторами. Достигнутые пределы обнаружения для ряда элементов составляют 2 1СГ4 масс. Применение для атомизации проб излучения лазеров непрерывного действия. Рассмотрим факторы, ограничивающие достижение низких пределов обнаружения в методах спекгрального анализа с лазерной атомизацией пробы. Этот вопрос подробно обсуждается в работе . Авторы этой работы, используя некоторые модельные представления о процессах формирования аналитического сигнала в методе с атомизацией излучением импульсного лазера и дополнительным искровым возбуждением, провели расчет предельно достижимого в этом методе абсолютного предела обнаружения, аналогично тому, как это было сделано в для эмиссии в дуге постоянного тока и в полом катоде. Несмотря на то, что получить точный количественный результат в таких расчетах невозможно изза того, что не все величины, входящие в расчетные формулы, известны с достаточной точностью, они позволяют установить принципиально достижимые пределы обнаружения, а также проанализировать относительную роль процессов, определяющих чувствительность анализа. Согласно данным , в принципе рассматриваемым методом возможно детектирование количеств элементов Ре, М в фемтограммовом диапазоне. Однако, практически достигаемые АПО для многих элементов выше на 3 5 порядков, что связано с малой степенью атомизации экстрагированного вещества, а также с небольшим временем нахождения атомизированной фазы в аналитической зоне. Оба эти фактора обусловлены импульсным, взрывообразным удалением экстрагированной массы при облучении образца излучением импульсного лазера. Поэтому представляется целесообразным использовать для атомизации излучение непрерывных лазеров. При непрерывном воздействии на образец достаточно легко осуществляется режим плавного испарения, который должен приводить к увеличению степени атомизации экстрагированного вещества, и, следовательно, к снижению пределов обнаружения анализа. В этом случае получается плохой первичный спектр , но степень атомизации и концентрация атомов пробы могут быть достаточно велики, чтобы реализовать аналитическую методику па основе вторичного спектра. Кроме того, применение лазера непрерывного действия существенно улучшает технические возможности сканирования излучением ОКГ по поверхности анализируемого образца и снятия профиля концентрации определяемого элемента вдоль направления сканирования. Поэтому одной из задач своей работы мы поставили исследование возможностей и особенностей анализа с атомизацией пробы излучением лазера непрерывного действия. Лазерные методы определения газов в твердых веществах. Лазеры широко применяются также и для определения газообразующих примесей водорода, кислорода, азота и углерода в твердых веществах. Важность и актуальность решения аналитических задач подобного рода обусловлена той значительной ролью, которую играют газообразующие примеси как в формировании механических, химических, электрических и других свойств многих технических материалов и изделий, так и жизнедеятельности биологических объектов. Так, например, металлы, начиная от выплавки, дальнейшей обработки и в процессе эксплуатации изделия, находятся в контакте с газами, входящими в состав окружающей среды. Происходящее при этом насыщение металла приводит к ухудшению эксплуатационных свойств металлоизделий.