利用元素粒子比方法快速检测土壤中Cr的LIBS技术研究

"该研究探讨了一种基于元素粒子比的土壤重金属元素快速分析方法，主要针对激光诱导击穿光谱（LIBS）技术在土壤中Cr（铬）含量测定的应用。研究者通过Saha-Boltzmann方程计算等离子体温度和电子密度，验证了实验条件下的局部热平衡状态，并利用元素粒子比来确定Cr含量，从而提高了LIBS技术的分析精度。" 在光谱学领域，激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种非破坏性的元素分析技术，它利用高能激光束激发样品，产生等离子体，然后通过分析等离子体发射的光谱来确定样品中的元素组成。然而，传统的自由定标法-LIBS（CF-LIBS）在分析土壤中微量元素时，由于谱线强度较弱，计算Saha-Boltzmann斜线较为复杂，导致分析精度受到限制。因此，本研究提出了一种新的方法，即元素粒子比法，以解决这一问题。 Saha-Boltzmann方程是等离子体物理中的基本方程，它描述了原子或离子在不同温度和密度下的存在状态。在本研究中，该方程被用来计算等离子体中Cr、Si和Fe三种元素的温度，这有助于理解等离子体的物理特性。同时，通过测量Al I 309.284 nm特征谱线的Stark展宽，可以计算等离子体的电子密度，进一步确认等离子体处于局部热平衡状态，这是LIBS分析的基础。 元素粒子比方法的核心是结合Saha-Boltzmann方程和Saha方程，计算Cr和Si元素在等离子体中的粒子比例。这样，即使在土壤中Cr的谱线较弱的情况下，也能准确估计其含量。实验结果显示，对于国家标准土壤样品，Cr的预测相对误差控制在7%以内，而对于实地采集的土壤样品，预测相对误差的最大值为16.438%，显示出该方法的有效性。 这项研究的成果表明，元素粒子比方法能够有效提升LIBS技术在土壤重金属元素分析中的精确度，特别是对于快速检测土壤中Cr含量具有重要意义。这不仅为土壤污染监测提供了新的工具，也为环境科学和地球化学等领域提供了更高效的数据获取手段。此外，该方法还有潜力扩展到其他微量元素的分析，进一步推动LIBS技术在环境科学和材料科学等领域的应用。