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钢铁中碳元素激光探针检测新方法

发布时间: 2017-09-06 11:40:07   作者:本站编辑   来源: 武汉光电国家实验室   浏览次数:
        激光探针是一种快速元素成分分析技术,通过分析激光等离子体发射光谱信号可以快速获得待测材料元素含量信息。基于共振激发的激光探针是一种新兴的激光探针的改进方法,其利用波长可调谐激光对激光等离子体中待测元素原子进行共振激发,实现对等离子体中待测元素光谱信号的高选择性、高效率增强。由于激发源采用激光束,观察源为UV-VIS-NIR波段的光学信号,因此该技术可以实现远程、快速、实时检测,在工业生产中具有广阔的前景。但是,非金属元素原子的激发线和观察线通常在200nm以下(俗称真空紫外区),无论是激光还是等离子体发射的光都会被空气所吸收,无法在开放的空气环境下工作,严重制约了该技术在工业领域的发展。
        激光先进制造研究室的李祥友教授和李嘉铭博士生经过市场需求的调研后,针对钢铁厂具体的应用需求,从钢铁中碳元素检测入手,提出了利用激光等离子体中的CN分子自由基进行共振激发,实现钢铁中碳元素间接检测的方法。在激光烧蚀击穿待测材料的过程中,材料中的碳和环境气体中的氮同时被原子化,在激光等离子体中合成为CN分子自由基,利用CN分子自由基B2Σ+-X2Σ+系统的中(1,0)电子-振动态跃迁进行激发,(0,0)电子-振动态跃迁进行观察。该自由基的激发线和观察线皆于VIS区域,不仅可以在开放的空气环境下工作,而且在光学系统和探测器的工作效率高,有望在钢铁工业现场中对碳元素实时在线检测,为钢铁生产过程中提供碳含量信息实时反馈。
       该研究工作受到国家重大科学仪器设备开发专项(2011YQ160017)和国家自然基金面上项目(61575073)的资助。2017年7月1日,题为“Determination of carbon content in steels using laser-induced breakdown spectroscopy assisted with laser-induced radical fluorescence(激光诱导分子荧光辅助激光探针标定钢铁中的碳元素方法研究)”的研究结果在线发表在American Chemical Society(ACS)旗下分析化学领域顶级期刊Analytical Chemistry 89卷15期(IF:6.320)上。
图 激光等离子体中激光诱导CN分子自由基荧光过程示意图
文章地址:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.7b01932

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