元素激光诱导光谱测量在汞测量中分析

夏 锐，周 佳，王 伟

（1.新疆天业（集团）有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆兵团现代绿色氯碱化工工程研究中心（有限公司），新疆 石河子 832000）

元素引起的激光高能量短脉冲激光光谱测量技术是样品表面，刺激形成的等离子体，通过等离子体发射光谱的分析，确定样品的组成材料，该技术不需要对固体样品进行预处理，可以迅速分析样品形态，，是近年来研究的热点[1]。被广泛应用于污染检测和工业检测。传统的激光诱导元素光谱测量受体积的限制，难以满足军事防御对突发事件快速响应的需求。在等离子体中受激原子和离子的弛豫过程中，一些能量会以光的形式辐射出去。该辐射具有明显的元素特征，并由光谱仪记录分析，对固体、液体和气体样品中的化学元素进行定性分析。除了元素发射的特征峰外，光谱还显示了带电离子不轫致辐射产生的辐射，形成连续的背景线，不影响元素的识别，为此，应用元素激光诱导光谱测量方法，测量汞元素的灵敏性。

1 样品提取

图1 实验装置示意图

汞是一种液体样品，目前的元素分析工具主要为固体，直接分析液体样品的元素测量方法较少，但可以完全利用元素激光诱导光谱测量来分析液体样品[2]。当脉冲激光束聚焦在水银液体上时，会引起液体溅起水花。因此，该技术可用于汞样品的元素分析。为了防止汞测量的过程中出现液体溅射的现象，需要在透镜和探测窗上，将液体形成的气泡消除，这样才不会影响实验数据的准确性，以下是元素激光诱导光谱测量示意图，如图所示。

图1是实验装置示意图，当汞液体气泡形成时，会改变激光束和液体表面的夹角，导致谱线的轻度不够稳定，会影响实验的结果。实验中采用的激光脉冲能量为10MJ，脉冲频率为5HZ，延迟时间为2μs，积分时间为1ms。实验环境在常温常压下进行，为了防止样品表面出现不均匀的现象，在每一个样品表面选取5个不同位置进行测量，实验样品型号和成分组成情况，如下所示。

表1 实验样品型号和成分组成情况

表1是实验样品型号和成分组成情况，实验中要对每个位置测试20次以上，需要注意的是，样品表面在实验过程中可能受到污染，所以在实验前应对样品表面进行清洗和烧蚀。实验中不需要对样品进行预处理。

2 结果分析

利用元素激光诱导光谱测量在汞测量中的实验结果，如下所示。

表2 实验结果

从实验结果可以看出，利用元素激光诱导光谱测量对汞元素进行测量时，汞元素浓度较低，误差较小，说明该方法对汞测量适用性较强。

3 讨论

汞是由多种元素组成，除了要测量成分，还需要对化学组成的变化进行精准的测量，在测量的过程中汞的化学成分会发生变化，容易引起平均原子序数对元素激光诱导光谱测量系数的变化，不同的样品测试的结果不同，吸收系数也会有所变化，会直接影响原子发射谱线和元素含量之间的线性关系，这一线性统称为“基体效应”[3]。通过对这三种样品的测量，发现汞会受周围环境因素的影响，在进行激光诱导光谱测量的影响时，实验测得的等离子体参数引起的误差大体相当，因此，在激光脉冲作用到汞样品时，需要观察汞的生命周期，以及周围环境气体和激光波长对它的影响。

另外，激光光源与材料之间的耦合效应不同，不同样品产生的等离子体状态也不同。在激光诱导光谱测量技术中，影响最终分析性能的因素很多。通过以上论证可以看出，理论分析方法和试样温度是不容忽视的重要因素。在计算汞元素浓度时，采用了标定曲线法和自由标定法两种方法。这两种方法的准确性有待验证[4]。定标曲线测量法容易受激光参数的影响，对等离子体的参数会产生较大的依赖。而自由定标法是基于理想的等离子体模型，所以，在实验中还有待验证。在对汞进行采集的过程中，需要合理的设置感光器，观察汞形成初期产生的光谱。从实验结果中可以看出，在满足汞元素处于局部热力学平衡状态的条件下，光谱谱线强度与汞元素所包含的含量呈线性关系，既可以通过光谱中谱线强度对汞元素进行定量分析。

元素激光诱导光谱法是一种快速、简便、灵敏的元素监测技术，能够对固体和气体等不同形态样品进行在线检测，目前已经有很多企业将其用于生物医药和材料等多个领域，然而，仍有一些地方需要改进[5]。不同样品对激光能量的要求不同，对定量分析的精准度要求较高，这也是许多研究这需要努力克服的问题。

4 结语

近几年来，为了了解元素激光诱导光谱法的优点，其研究主要集中在提高灵敏度和准确度上，研究元素激光诱导光谱测量在汞测量中的应用，分析该技术在汞测量中的应用效果。通过实验证明，该技术具有一定的实用性。