Аннотация:Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (ЛИЭС) обеспечивает высокую скорость
измерений, возможность бесконтактного определения как лёгких, так и тяжёлых элементов, что
позволяет применять данный метод в самых разнообразных сферах, включая on-line контроль
качества в металлургии. Основными затруднениями при внедрении метода в широкую
аналитическую практику являются значительные матричные эффекты и недостаточная
чувствительность для определения микрокомпонентов. Поскольку подобрать аттестованные
стандартные образцы, схожие по основе с анализируемыми пробами, не всегда возможно, в ЛИЭС
предложен способ [1] определения состава только на основании спектральных данных и
фундаментальных параметров. Но его применение требует условий, которые часто нарушаются и
вносят существенную погрешность: 1) состав плазмы должен быть эквивалентен составу образца;
2) в плазме соблюдается локальное термодинамическое равновесие; 3) плазма является однородным
источником; 4) отсутствует самопоглощение. Часто плазму нельзя представлять однородным
источником, а равновесие между различными ансамблями частиц отсутствует, поэтому необходимо
тщательно подбирать временное окно для сбора излучения. Для снижения самопоглощения
аналитических линий выбирают переходы с хорошим соотношением степень возбуждения\энергия
возбуждения.
Целью данной работы являлось определение экспериментальных условий для проведения
измерений без образцов сравнения и выбор эмиссионных линий, пригодных для диагностики
плазмы и расчета состава магниевых сплавов. Полученные результаты сопоставлены с данными
анализа с использованием традиционных градуировок. При определении микрокомпонентов была
изучена целесообразность модификации поверхности пробы для увеличения ЛИЭС-сигнала.
Поскольку возможными механизмами усиления сигнала являются рост напряженности
электромагнитного поля из-за плазмонного резонанса и увеличения поглощения лазерного
излучения поверхностью, мишень покрывали наночастицами благородных металлов (Ag, Au) или
красителем родамин 6G с максимумом поглощения (~530 нм) близким к излучению Nd:АИГ лазера
(532 нм). Хотя использование наночастиц золота повышает отношение сигнал\шум в 1,5-3 раза для
линий практически всех определяемых элементов в магниевых сплавах, предпочтительней
усреднение и накопление сигнала после 1-2 очищающих импульсов, так как такая процедура
приводит к лучшим метрологическим характеристикам измерений. Чтобы выбрать линии Mg, Al,
Li, Cd, Zn и Mn с минимальным самопоглощением в плазме, были смоделированы спектры плазмы
в приближении гомогенного источника для температуры и электронной плотности, наблюдаемой
при абляции магниевых сплавов. Уровень правильности разработанного способа определения
состава магниевых сплавов позволяет использовать его для проведения экспрессного
полуколичественного анализа.
[1] A. Ciucci, M. Corsi, V. Palleschi, S. Rastelli, A. Salvetti, E. Tognoni New Procedure for
Quantitative Elemental Analysis by Laser-Induced Plasma Spectroscopy // Appl. Spectrosc., 1999, V.53,
P.960-964.