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铋黄铜中微量元素的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱定量分析

黄梅婷 姜银花 陈钰琦 李润华

黄梅婷, 姜银花, 陈钰琦, 李润华. 铋黄铜中微量元素的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱定量分析[J]. 机械工程学报, 2021, 70(10): 104206. doi: 10.7498/aps.70.20202018
引用本文: 黄梅婷, 姜银花, 陈钰琦, 李润华. 铋黄铜中微量元素的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱定量分析[J]. 机械工程学报, 2021, 70(10): 104206. doi: 10.7498/aps.70.20202018
Huang Mei-Ting, Jiang Yin-Hua, Chen Yu-Qi, Li Run-Hua. Quantitative analysis of trace elements in bismuth brass with high repetition rate laser-ablation spark-induced breakdown spectrum[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2021, 70(10): 104206. doi: 10.7498/aps.70.20202018
Citation: Huang Mei-Ting, Jiang Yin-Hua, Chen Yu-Qi, Li Run-Hua. Quantitative analysis of trace elements in bismuth brass with high repetition rate laser-ablation spark-induced breakdown spectrum[J]. JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING, 2021, 70(10): 104206. doi: 10.7498/aps.70.20202018

铋黄铜中微量元素的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱定量分析

doi: 10.7498/aps.70.20202018
详细信息
    通讯作者:

    E-mail: rhli@scut.edu.cn

  • 中图分类号: 42.62.Fi, 74.25.nd, 52.38.Mf, 61.66.Dk

Quantitative analysis of trace elements in bismuth brass with high repetition rate laser-ablation spark-induced breakdown spectrum

More Information
  • 摘要: 铋黄铜具有很好的机械加工性能且更为环保, 具有广泛的应用. 本文采用高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱技术来实现铋黄铜中微量元素的快速和高灵敏分析. 实验采用小型化光纤激光器作为剥离光源, 采用小型化光纤光谱仪采集光谱, 对铋黄铜中的铋、铅和锡三元素开展了定量分析. 实验确定等离子体的温度和电子密度分别为7962 ± 300 K 和1.049 × 10–17 cm–3. 在该条件下建立了铋、铅和锡三元素的校正曲线, 并得到了较好的拟合优度. 现有条件下三元素的检测限分别达到了25.5 × 10–6, 64.2 × 10–6和316.5 × 10–6. 其中锡的检出限较高, 与锡的原子谱线强度较弱有关. 结果表明, 采用小型化的高重复频率激光剥离-火花诱导击穿光谱仪可以实现对铋黄铜中微量元素的便捷和高灵敏分析.

     

  • 图  基于光纤激光器的HRR LA-SIBS的实验装置示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the experimental setup of fiber laser based HRR LA-SIBS.

    图  校准后的2号样品的局部光谱图

    Figure  2.  The calibrated partial spectrum of sample No. 2.

    图  用于测定等离子体温度的玻尔兹曼图

    Figure  3.  Boltzmann plots used to estimate the plasma temperature.

    图  Cu I 510.47 nm谱线的洛伦兹拟合图

    Figure  4.  Lorentzian fit of Cu I line.

    图  校准后的2号样品的局部光谱图

    Figure  5.  The calibrated partial spectrum of sample No.2.

    图  用HRR LA-SIBS分析铋黄铜中铋、铅和锡的校正曲线 (a) Bi; (b) Pb; (c) Sn

    Figure  6.  Calibration curves of bismuth, lead and tin in bismuth brass analyzed with HRR LA-SIBS: (a) Bi; (b) Pb; (c) Sn.

    表  1  标准样品中铋、铅和锡元素的质量分数

    Table  1.   List of the mass fraction (%) of bismuth, lead and tin in standard samples.

    Sample No. Bi Pb Sn
    1 3.002 0.0054 1.038
    2 0.414 0.105 0.306
    3 1.561 0.0161 0.518
    4 0.826 0.0209 2.007
    5 0.108 0.0059 3.020
    6 0.0058
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    表  2  计算等离子体温度所选择的谱线及相应能级与跃迁参数列表

    Table  2.   List of the energy level and transition probability of the selected lines for plasma temperature calculation.

    Species $\lambda $/nm A/s–1 gk Ek/eV
    Cu Ⅰ 261.83 3.07 × 107 4 6.120
    Cu Ⅰ 282.43 0.78 × 107 6 5.780
    Cu Ⅰ 306.34 1.55 × 106 4 5.688
    Cu Ⅰ 319.40 1.55 × 106 4 5.523
    Cu Ⅰ 333.78 0.38 × 106 8 5.102
    Cu Ⅰ 406.26 2.10 × 107 6 6.868
    Cu Ⅰ 510.55 0.20 × 107 4 3.820
    Cu Ⅰ 515.32 0.60 × 108 4 6.190
    Zn Ⅰ 307.58 0.38 × 106 3 4.030
    Zn Ⅰ 328.23 9.00 × 107 3 7.780
    Zn Ⅰ 330.25 1.20 × 108 5 7.783
    Zn Ⅰ 334.50 1.70 × 108 7 7.783
    Sn Ⅰ 242.94 1.50 × 108 7 5.527
    Sn Ⅰ 270.65 6.60 × 107 5 4.789
    Sn Ⅰ 283.99 1.70 × 108 5 4.789
    Sn Ⅰ 286.33 5.40 × 107 3 4.329
    Sn Ⅰ 300.91 3.80 × 107 3 4.329
    Sn Ⅰ 303.41 2.00 × 108 1 4.295
    Sn Ⅰ 317.50 1.00 × 108 3 4.329
    Sn Ⅰ 326.23 2.70 × 108 3 4.867
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    表  3  铋黄铜中铋、铅、锡三元素的HRR LA-SIBS分析结果

    Table  3.   Analytical results of bismuth, lead and tin in bismuth brass with HRR LA-SIBS.

    Analytical line S σB R2 LOD/10–6
    Bi Ⅰ 306.77 nm 1.818 0.00155 0.98 25.5
    Pb Ⅰ 405.78 nm 1.376 0.0029 0.98 64.2
    Sn Ⅰ 326.23 nm 0.210 0.0022 0.96 316.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-30
  • 修回日期:  2020-12-23
  • 网络出版日期:  2021-05-27
  • 发布日期:  2021-05-27

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