第31卷；第9期 2011年9月
学与光谱分析
光谱
Spcctroscopy and Speetral Analysis
空气中激光清洗过程的等离子体光谱分析
佟艳群，张永康，姚红兵，孟春梅，管海兵
江苏大学机城工程学院，江苏镇江212013
Vol. 31,No. 9,pp2542-2545
September，2011
摘要在空气环境下，激光诱导等离子体光诺用于激光清洗状态的在线分析快速而准确，该文利用中阶但包含了清晰的例原子发射谱线，还包含空气中氧气和鼠气与激光作用产生分解效应的原子谱线。为了消除单次测量的不确定性，分析了多次测量的分布恒定的氧原子和氮原子讲线的统计规律，表明强度分布规律一致，且相对标准差基本相同，可以采用单次测量的光谱图变化表示清洗过程中状态。表面污染的铜币光谱图中包含多元索原子谱线和连续谱线，清洗干净钢币的光谱图连续谱线消失且只有例元索谱线，观察谱线变化就可以表明样品是否被清洗干净。
关键词激光诱导等离子体；激光清洗；谱线分布；谐线强度
DOI: 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2011)09-2542-04
中图分类号：0433.4
引言
文献标识码：A
料的元素成分和污染成分，为艺术品的清洗过程提供了重要的信息，避免清洗不干净和过度清洗损害艺术品(*4)，Colao 等门采用脉冲激光器清洗陶器和例合金金属材料等，研究了
激光诱导等离子体光谱（laser induced breakdown spec-troscopy，LIBS)技术长期以来都是研究激光与物质相互作用的重要课题。它利用高强度的脉冲激光与材料的相互作用，诱导产生等离子体光谱；由于每一种元索的原子具有特定的谱线波长，分析光谱仪采集的等离子体光谐，就可推断材料的元素成分，从而实现物质的快速分析，
当激光束对样品的同一位置持续照射时，每个激光脉冲都能对样品进行更深一层的作用"，因此可以采用激光去除样品表面的污染物，即进行激光清洗。激光清洗作为一项新兴的表面清洁技术，具有清洗精度高、可控性好、成本低、使用移动方便灵活等优点3)，在工业生产中具有良好的经济效益和社会效益。
由于LIBS技术的快速性和准确性，激光诱导材料等离子体光谱的分析用于激光清洗过程的在线检测具有无可比拟的优点"，特别是在大气环境下，可快速分析样品表面污染的多种元素成分、分辨率高、在线监测系统设备简单、易维护和便于携带等优点。而这些优点都是在线分析所要求具备的，更适合外场及移动式检测。
希腊电子结构与激光研究所的研究人员，采用LIBS控制污染的砂岩和中世纪的彩色玻璃的清洗过程，同时确定材
在清洗过程中釉装饰层等材料成分，测量强元素发射光线获得微量元素浓度的测量，Fortes等(*)则采用双脉冲激光进行古艺术品的修复，采用LIBS技术实时监测材料污染物的情况。由于这些文献进行分析选取的光谱范围较窄且没有考虑空气环境影响，本文采用无转动部件，使用简单，无需扫描的中阶梯光摄光谱仪探测激光与干净和表面污荣的铜币样品的等离子体光谱，并考虑空气环境条件，分析清洗状态的监测。
实验装置
实验装置如图1所示。采用激光波长为1064nm的调Q 高功率钕玻璃固体激光器与样品作用产生等离子体光谱。调节激光器输出功率为10J，脉宽为200n，光斑直径为5 mm。为了便于分析和比较，样品选择薪新的干净铜币和表面污染的俐币样品，样品固定在可二维移动的平台上，便于进行多次重复观察。激光器作用于样品表面后，在冲击点迅速产生高温、高密度的等离子体，等离子体的辐射光谱信号通过一个专用探测头接收。为了更好地采集信号，必须将样品的冲击点光线汇案到探测头，利用光路可逆原理，采用
收稿日期：2010-10-27，修订日期：2011-02-02
基金项目：国家自热科学基金重点项目(50735001)，国家白然科学基金项目(10804037)和江苏省博士研究生创新基金项目(CX09B_190Z)资
助
作者简介：修艳群，女，1981年生，江苏大学机械工程学院讲师万方数据
e-mail; tongyanqun@ujs. edu. cm