第31卷，第9期 2011年9月
光谱学与光讲分
析
Speetroscopy and Spectral Analysis
Vol. 31.No. 9· pp2355-2360 September, 2011
激光诱导击穿光谱实验装置的参数优化研究
张雷，马维光，闫晓娟，李志新，胡志裕，张永智，王乐，董磊，尹王保，贾锁堂
量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西大学物理电子工程学院，山西太原030006
摘要为了使激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置中的多个关键参数达到最优化设置，以便更好地服务于煤质分析，实验中对这些参数与煤粉等离子体中待测元索发射谱线信噪比间的关系进行了详细研究，并根据作噪比大小来进行最优化参数的选择。实验结果表明，对于本LIBS实验装置，其最优化参数设置是将激光脉冲能量设为120mJ·Pulse""，光谱仪的腺光婚迟时间设为200ns，激光聚焦点位于样品表面以下3～5 mm，样品池转速设为2.7r·min-1，并在激光出射光路中放置中心题率为1064nm的窄带滤波片和中心孔径为1.5mm的光阐。优化后的LIBS实验装置对煤粉中C元素测量的标准偏差(SD)由6.7%降至1.6%，
对其他微量元素测量的相对标准偏差（RSD)由28%降至10%，测量精度得到了较大提高。关键词激光诱导击穿光谱；发射谱线信赚比；参数优化；煤粉；等离子体
中图分类号：0433.5
引言
DOl:; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)09-2355-06
文献标识码：A
提高光束质量.因此，我们对实验室里建立的LIBS装置中多项参数对所激发煤粉等离子体中待测元索发射谱线信噪比的影响进行了研究，并据此进行了参数优化和光路改进，
火电厂的基建投资、经济运行以及对环境的污染等，在很大程度上与煤质有关。若能对人炉煤进行工业分析，即可通过优化燃烧参数来提高燃烧效率，达到节能减排的目的。因此，快速准确地检测燃煤成分对火电厂燃煤锅炉的高效低污染运行是至关重要的。目前火电中煤质的检测方法主要分为离线式及在线式两类，其中，离线式检测由于耗时长，无法及时了解锅炉运转情况；在线式检测有X射线荧光光谱、双能量射线透射法、了射线吸收法及中子活化法等，但都需要采用放射源作激发源，由于放射源对人体有辐射危害，因此难以在火电厂中推广，可见，研制基于新技术的煤质在线检测设备已经成为当务之急。
激光感生击穿光诺(LIBS)技术具有分析速度快、精度高、可多元素间时测量、无辐射及成本低等特点，因此可作为火电厂煤质在线检测的域佳选择。我们已经开发出了整会可应用于火电厂的LIBS激光煤质在线检测设备，相关的设备结构和数据处理方法详见参考文献)。为了从硬件上提高本设备检测精度，就需要纠正设备中一紫关键参数设置和
1实验装置
实验中所建立的LIBS装置结构与大多数文献(4)所述的装置相似，如图1所示。其中，函数信号发生器产生的10 Hz的TTL方信号用来触发双通道型光谱仪（AvaSpec 2048FT)，光谱仅则把每个方波的上升治作为该次测量的计时起点，并同应一个同频率的、脉宽为10μs的窄脉冲信号来触发Nd·YAG激光器；激光器出射的激光经过镀铝反射镜反射后其方向由水平改为竖直，再经过焦距为100mm的凸透镜象焦后人射到煤粉样品表面，在象焦部位激发形成等高子体；与水平方向量45“的微型聚焦系统将等离子体的部分辐射光汇象至全硅光纤内并传至光谱仪中；光谱仪进行分光后投射到阵列CCD上，CCD按预设的延遇时间及积分时间(即爆光门宽)对光谱进行探测，所测光讲数据通过USB 线传送至微机进行处理。其中，在激光出射光路中的反射镜和案焦透镜间放置了分光镜和焦耳计以便实时监激光脉冲
收稿日期：2010-12-06，修订日期：2011-03-11
基金项目：国家（863计划）项H（2009AA063006），国家茶金创新用队项目（0821004），国家门然科学基金项月（60908019），山两省专利推广
资助项目（101002)，山酒省青年科技研究基金项日(2010021003-3)，山西省高等予校优秀创新队支持计划和山西省高等学校中青年技尖创新人才支持计划项目资助
第，1981年生，山西大学物理电子工程学院讲师
作奢离介：张
emails ywb65@sxu.edu.cn
，通讯联系人
万方数据
e-mail; k1226@sxu. edu cn