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激光诱导模拟体液的实验研究

作　者: 张文艳
导　师: 陈亚光
学　校: 中南民族大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 激光诱导击穿光谱模拟体液时间演化特征谱线定标曲线
分类号: TN249
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 82次
引　用: 1次
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内容摘要

激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,简称LIBS)是一种新的多元素同时检测方法,其工作原理是利用高能脉冲激光束聚焦后入射到样品表面,产生激光等离子体,通过分析等离子体的光谱进行物质元素的定性分析和定量测量。目前临床上体液中各种成分的检测多数采用化学的方法,这些方法一般都需要对样品进行预处理,且不能多元素同时检测,对体液中微量元素的检测更是难以实现。因此本论文提出采用LIBS技术来检测体液成分。本论文以探索LIBS技术用于人体体液监测的可行性为目的,对模拟体液的激光诱导击穿光谱特性进行了系统的实验研究。本论文采用Nd:YAG脉冲激光器、echelle光谱仪、ICCD等仪器搭建了液体LIBS实验装置。并在此装置上分别针对各种实验参数展开了提高LIBS综合检测能力的实验研究,归纳出较为理想实验参数,激光器的工作频率为10Hz、采集次数为20次,透镜到样品表面的距离小于透镜焦距(具体值根据实验条件决定)。利用液体LIBS的实验系统,对模拟体液进行了定性分析和定量分析。通过对模拟体液全谱的测量,结果发现,可以同时探测到多种元素成分,且LIBS方法对金属元素比非金属更敏感,检测限更高。分别对纯有机物(葡萄糖)溶液和多种无机物溶液开展了LIBS探测的初步实验研究,在大量系列实验的基础上,总结出了各元素的特征谱线。为了进一步定量检测模拟体液各元素成分的含量,还开展了特征谱线的强度和各元素含量关系的研究,建立了部分元素的定标曲线,发现不同元素由于其本身特性不同,其定标曲线也不一样。实验表明:Na、Pb元素的定标曲线满足罗马金-赛伯公式,而As元素的定标曲线却满足多项式方法原理。总之,利用LIBS技术同时、快速、精确地检测出模拟体液中多种元素的含量的设想是完全可行的,并且现有的研究结果将为进一步开展LIBS体液研究提供技术支持和实验依据。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-19
  1.1 激光诱导击穿光谱技术的研究现状  10-14
  1.2 LIBS 技术用于物质成分分析的应用  14-17
  1.3 激光诱导击穿光谱技术的特点  17
  1.4 本论文研究的意义和工作内容  17-19
第二章激光诱导击穿光谱技术原理  19-28
  2.1 激光等离子体基础理论  19-22
    2.1.1 激光诱导等离子体的基本性质  19-20
    2.1.2 等离子体的辐射机制  20-21
    2.1.3 激光等离子体发射光谱特征  21-22
  2.2 激光等离子体模型  22-23
    2.2.1 局部热平衡（LTE）模型  22
    2.2.2 晕模型  22-23
    2.2.3 碰撞-复合（CR）模型  23
  2.3 谱线的加宽  23-24
  2.4 光谱定量分析原理  24-28
    2.4.1 Lomakin—Scheibe（罗马金－赛伯）公式  24
    2.4.2 多项式方法原理  24-26
    2.4.3 内标法原理  26
    2.4.4 光电直读光谱进行定量分析原理  26-28
第三章实验装置及仪器样品  28-36
  3.1 激光光源  28-29
  3.2 光束传输系统  29
  3.3 分光系统  29-33
    3.3.1 中阶梯光栅光谱仪  30-32
    3.3.2 组合式光栅光谱仪  32-33
  3.4 信号接收系统  33-36
    3.4.1 增强型电荷耦合探测器（ICCD）  33-35
    3.4.2 光电倍增管  35-36
第四章 LIBS特性参数的实验研究  36-44
  4.1 激光器不同工作方式对LIBS 测量稳定性的影响  36-39
    4.1.1 不同工作方式的稳定性  36-37
    4.1.2 激光器不同工作方式对LIBS 测量稳定性的影响  37-39
  4.2 采集次数对LIBS 测量的影响  39-40
  4.3 透镜到样品之间的距离对LIBS 测量的影响  40-44
第五章模拟体液的LIBS 特性实验研究  44-57
  5.1 有机物的LIBS 实验研究  44-48
    5.1.1 葡萄糖溶液的LIBS 谱图  44-45
    5.1.2 葡萄糖溶液的LIBS 信号强度与浓度的关系  45
    5.1.3 葡萄糖溶液的LIBS 信号强度与延时时间的关系  45-47
    5.1.4 小结  47-48
  5.2 无机物的LIBS 实验研究  48-55
    5.2.1 氯化钾溶液的LIBS 光谱  48-50
    5.2.2 Na 和As 元素的定标曲线  50-55
    5.2.3 小结  55
  5.3 有机物和无机物的混合溶液的LIBS 实验研究  55-57
总结与展望  57-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
附录A 攻读硕士学位期间参加的工作  65-66
附录B 学术论文情况  66

激光诱导模拟体液的实验研究

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