Применение корреляционного анализа в атомно-ионизационной спектрометрии с лазерным пробоотбором в пламя

• Автор: Попов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОГО ПРОБООТБОРА.

1.1. Процессы, протекающие при лазерном пропоотпоре

1.1.1. Плавление и испарение вещества

1.1.2. Формирование кратера и акустических волн

3. Формирование тошной приповерхностной плазмы

1.1.4. Разлет лазерной тазмы .

1.2. Состав и распространение продуктов лазерного пробоо гбора.

1 2.1. Эволюция атомов и молекул

1 2.2 Эволюция заряженных частиц
1.2.3. Эволюция кластеров и крупнодисперсных частиц.
ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНОГО ПРОБООТБОРА В СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДАХ АНАЛИЗА.
2.1. Эмиссионные спектральные методы.
2.2. АIОМ1ЮЛПСОРЬЦИОННЛЯ СЕКТРОМЕТРИЯ.
2.3. Атомнофлуоресцентная спектрометрия.
2.4. АТОМНОИО 1ИЗА1ЩОННАЯ СПЕК IРОМЕТРИЯ.
2.4.1. Атомизаторы, используемые в АИ спектрометрии.
2.4.2. Селективное возбуждение и последующая ионизация атомов. .
2 4.3 АИ спектрометрия с лазерным испарением вещества.
2.5. Массспекз РАЛЫ1ЫЕ МЕДЫ.
ГЛАВА 3. НОРМИРОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКОГО СИГНАЛА В СПЕКТРАЛЬНЫХ МЕТОДАХ АНАЛИЗА С ЛАЗЕРНЫМ ПРОБООТБОРОМ
3.1. Безо I ало жые м етоды.
3.2. Методы корреляционного анализа для нормирования
АНАЛИТИЧЕСКОГО СИГНАЛА.
3.2.1. Понятие опорного сигнала.
3.2.2. Выбор опорного сигюла
3.2.3. Методы нормирования с использованием опорных сигналов
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА.
4.1. СИС1ЕМА ЛАЗЕРНОГО ОТПОРА И АЮМИЗАЦИИ ПРОБЫ
4.2. Система опт ического возбуждения
4.3. Сис I ЕМА РЕГИС1 РАЦИИ.
4.3.1. Регистрация аналитического сигнала.
4.3.2. Регистрация опорных сигналов.
4 3.3. Аналогоцифровое преобразование сигналов.
4.3.4. Программное обеспечение для обработки данных.
ГЛАВА 5. АНАЛИЗИРУЕМЫЕ ОБЪЕКТЫ И ИХ СВОЙСТВА.
5.1. Алюмолитиевые СПЛАВЫ
5.1.1. Состав используемых атомолитиевых сплавов.
5.1.2. Свойства используемых алюмолитиевых сплавов.
5.2. Ферри 1Ы лития.
5.2.1. Синтез ферритов лития.
5.2.2. Анализ ферритов лития с помощью пламенной фотометрии
5.2.3. Свойства ферритов.
ГЛАВА 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
6.1. Формирование кратера при лазерном пробоотборе
6.1.1 Визуальное изучение поверхности образцов после воздействия
лазерного излучения
6.1.2. Профилометрическое изучение процесса формирования кратера
6.2. Свойства оптоакустического сигнала.
6.2.1. Вариации оптоакустического сигнала от импульса к импульсу
6.2.2. Факторы, влияющие на оптоакустический сигнал.
6.3. Свойства атомноэмиссионного сигнала.
6.3.1. Исследование спектров лазерной плазмы.
6.3.2. Температура лазерной плазмы.
6.3.3. Вариации атомноэмиссионного сигнала от импульса к импульсу
6.3.4. Факторы, влияющие на атомноэмиссионный сигнал.
6.4. Свойства неселективного ионизационного сигнала.
6.4.1. Вариации неселективного сигнала от импульса к импульсу
6.4.2. Факторы, влияющие на неселективный ионизационный сигнал
6.5. Свойства атомноионизационного сигнала
6 5.1. Вариации аналитического А И сигнала от импульса к импульсу.
6.5.2. Факторы, влияющие на атомноионизационный сигнал.
6 5 3. Исследование параметров градуировочных зависимостей аналитического А И сигнала.
6.6. Корреляционные связи между исследуемыми сигналами
6.6.1. Линейная корреляционная связь между опорными сигналами и ее
свойства.
6.6 2. Линейная корреляционная связь между аналитическим и опорными сигналами и ее свойства
6.6.3. Нелинейная корреляционная связь между аналитическим и опорными сигналами и ее свойства.
6.7. Нормирование аналитического сигнала.
6.7.1. Нормирование аналитического сигнала на один опорный сигнал
6.7.2. Нормирование аналитического сигнала на несколько опорных сигналов.
6.7.3. Применение нелинейной корреляционной связи для нормирования аналитического сигнала.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Отсутствие стадии плавления подтверждается как отсутствием наплывов вокруг кратера при испарении металлических мишеней, так и уменьшением фракционного разделения элементов при их испарении. Увеличение МП сопровождается передачей энергии от электронов более глубоким слоям материала и увеличением кинетической энергии фононов решетки. В результате поглощенная энергия излучения за времена ,2 с термализуется и поверхностный слой образца нагревается до некоторой температуры ТШН, составляющей 1ЗТ К . Таким образом, дальнейшая передача энергии излучения вглубь материала осуществляется теплопроводностью. Этот механизм абляции удовлетворительно описывается в рамках тепловой модели абляции и применим для описания процессов испарения вещества длинными импульсами п с . Кс и локальный нагрев поверхностного слоя практически любого образца, независимо от его оптических и теплофизических характеристик. Нагрев материала образца, по достижении на его поверхности температуры плавления ТЛ, сопровождается плавлением вещества в
поверхностном слое. Поскольку Т, 0 К, этот процесс протекает достаточно быстро с. При быстром разогреве возникает неоднородность проплавления поверхностного слоя. Так, интенсивность лазерного излучения на глубине М2 больше, чем на глубине л, в раз, что следует из простого применения закона Бугера . Очевидно, что температура вещества, являющаяся функцией времени, различна по глубине. В сильно нагретой верхней части поверхностного слоя по толщине происходит плавление и одновременное испарение материала с поверхности образца. В интервале температур от до ТКШ температура кипения очень быстро нарастает давление пара материала. Таким образом развивается режим поверхностного испарения вещества , . Образующийся пар оказывает давление на расплавленные к тому времени нижние части поверхностного слоя, в результате чего расплав вытесняется паровым облаком. Это приводит к образованию наплывов вокруг кратера, которые часто наблюдаются при их изучении 2, 7, . Следует отметить, что режим вытеснения расплава
реализуется при ц Втсм и часто совмещен с режимом поверхностного испарения . При использовании более мощного лазерного излучения с я9Втсм2 за время, достаточное для проплавления нижних частей поверхностного слоя, Тпов достигает Ткип. По мере приближения Тпов к критической температуре Ткр в расплаве происходит резкое увеличение числа флуктуационных центров кипения. При ТВФ. Ткр размеры зародышевых пузырьков превышают критические и наблюдается переход от режима поверхностного испарения и вытеснения расплава в режим взрывного кипения , . М Втсм2 4. Углубление на поверхности образца, образующееся после испарения вещества под действием лазерного излучения называют кратером. Его геометрические размеры, форма и особенности структуры определяются главным образом значениями ц и X, а также поперечномодовой структурой
лазерного пучка и свойствами материала 2, . Так, при я Втсм приповерхностная плазма поглощает большую часть излучения, экранируя тем самым поверхность образца. В результате наблюдается образование
широкого мкм и относительно неглубокого 1 мкм кратера за один импульс , . Понижение значения ведет к образованию более глубоких, но вместе с тем менее широких кратеров , . Вместе с тем глубина кратера увеличивается по мере испарения материала от импульса к импульсу 2, , , , ширина кратера при этом увеличивается незначительно . Расфокусирование пучка лазерного излучения также ведет к увеличению диаметра кратера и одновременному незначительному уменьшению его глубины , . Тепловой механизм распространения фронта абляции вызывает уменьшение глубины кратера с увеличением твердости материала, температуры его кипения Ткш1 и его теплопроводности 2, . В течение первых импульсов происходит лазерная очистка поверхности образца от оксидов металлов , , обладающих меньшей отражательной способностью, и преимущественное испарение дефектов и неровностей рельефа 4. Формирование кратера происходит в течение следующих импульсов. Поскольку глубина кратера меняется от импульса к импульсу, изменяется и я. В результате, меняется и масса
испаренного вещества, составляющая г за один импульс 5, 7.