脈沖放電等離子體光譜干擾機(jī)制及其修正方法研究

陳偉澤, 喻子彧, 覃淮青, 盧志民, 2, 姚順春, 2*

1. 華南理工大學(xué)電力學(xué)院, 廣東 廣州 510640 2. 廣東省能源高效低污染轉(zhuǎn)化與工程技術(shù)研究中心, 廣東 廣州 510640

引 言

煤電行業(yè)是CO2排放的最大單一來(lái)源, 實(shí)施煤電的深度節(jié)能改造, 降低燃煤電廠單位發(fā)電量煤耗是發(fā)電行業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必經(jīng)之路[1]。 對(duì)入爐煤煤質(zhì)、 飛灰含碳量的在線檢測(cè)有助于鍋爐運(yùn)行的實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整。 近年來(lái), 基于光譜學(xué)原理的煤質(zhì)檢測(cè)技術(shù)[2-7]蓬勃發(fā)展, 部分技術(shù)已經(jīng)在燃煤電廠實(shí)際運(yùn)行中得到應(yīng)用。 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)作為典型的光譜分析技術(shù)也被廣泛嘗試應(yīng)用于粉末材料成分檢測(cè)領(lǐng)域, 可滿(mǎn)足燃煤電廠入爐煤煤質(zhì)和飛灰含碳量的檢測(cè)需求, 而且能實(shí)現(xiàn)在輸煤皮帶上對(duì)煤質(zhì)的直接測(cè)量[8-10]。 然而脈沖激光器的高成本及耐用性暫時(shí)限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的長(zhǎng)期運(yùn)行。 與LIBS原理相似的另一種原子發(fā)射光譜分析技術(shù)——脈沖放電擊穿等離子光譜技術(shù)(SIBS), 利用高能脈沖電源作為激發(fā)源, 設(shè)備耐用性強(qiáng), 成本低[11-12]。 同時(shí), 脈沖放電等離子體較之激光等離子體, 具有體積大、 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng), 激發(fā)位置穩(wěn)定等特點(diǎn)[13]。 Srungaram[14]等對(duì)比了LIBS和SIBS對(duì)壓片和堆積形態(tài)的土壤中汞含量的檢測(cè)性能, SIBS和LIBS的檢出限分別為20和483 mg·kg-1, SIBS在低濃度下的測(cè)量效果更優(yōu)。 Diwakar[12]等采用顆粒富集濃縮的手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)空氣中微量元素Na、 Cr、 Si、 Pb的實(shí)時(shí)分析, 鎢電極在5 Hz的條件下連續(xù)放電12 000次后光譜信噪比仍然保持穩(wěn)定, 驗(yàn)證了SIBS長(zhǎng)期檢測(cè)的能力。 彭飛飛[15]等在SIBS的基礎(chǔ)上, 采用了激光點(diǎn)火輔助脈沖放電誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)檢測(cè)合金材料中的痕量銅元素, 檢出限達(dá)到了0.7 mg·kg-1。 Belkov[16]等運(yùn)用脈沖放電加熱輔助LIBS進(jìn)行土壤中碳的測(cè)定, 經(jīng)脈沖放電加熱的激光等離子體, 其C 833.5 nm峰值信號(hào)增強(qiáng)比是單激光等離子體的20倍, 含碳量定標(biāo)曲線的擬合度為0.97。 上述研究表明, SIBS適用于固體材料的快速分析, 常見(jiàn)的樣品形態(tài)為壓片和堆積狀。 通過(guò)激光輔助手段在樣品壓片表面先形成等離子體, 增加了測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性。 直接擊穿堆積狀樣品, 存在樣品重復(fù)激發(fā)的干擾, 同時(shí)脈沖放電能量對(duì)樣品的沖擊會(huì)影響光學(xué)檢測(cè)。 在此基礎(chǔ)上, 作者所在團(tuán)隊(duì)[17]提出了一種顆粒流-脈沖放電擊穿等離子體光譜技術(shù)(particle flow-spark induced breakdown spectroscopy, PF-SIBS), 并將其應(yīng)用于煤、 飛灰等顆粒樣品的直接測(cè)定。

SIBS實(shí)驗(yàn)通常選擇導(dǎo)電良好、 耐高溫的材料作為電極。 最為常見(jiàn)的電極是鎢電極, 其導(dǎo)電率為5.65×10-6Ω·cm, 熔點(diǎn)為3 370 ℃, 適用于SIBS的長(zhǎng)期穩(wěn)定測(cè)量。 然而, 鎢電極燒蝕激發(fā)產(chǎn)生的W 247.78 nm特征峰與碳元素特征譜線C 247.86 nm特征峰極為接近, 二者特征峰存在重疊部分, 會(huì)對(duì)煤、 飛灰、 生物質(zhì)、 土壤等樣品中碳元素含量的測(cè)定造成較大的干擾。 常見(jiàn)的C-W譜線干擾修正方法為理論比值法[18], 通過(guò)理論計(jì)算和空白實(shí)驗(yàn)確定同一線系W元素譜線強(qiáng)度比, 利用不受干擾的W 248.88 nm積分強(qiáng)度來(lái)扣除C-W重疊區(qū)域的W 247.78 nm的積分強(qiáng)度。 作者所在團(tuán)隊(duì)[19]通過(guò)SIBS方法開(kāi)展了飛灰顆粒流含碳量測(cè)量的定量分析研究, 結(jié)果表明, 鎢電極激發(fā)的等離子體光譜中, W 247.78 nm譜線會(huì)對(duì)C 247.86 nm譜線產(chǎn)生明顯干擾, 通過(guò)理論比值法修正譜線干擾后的C 247.86 nm信號(hào)強(qiáng)度與飛灰含碳量具有良好的線性相關(guān)性, 多元校正模型的回歸系數(shù)R2和平均絕對(duì)誤差分別為0.987和0.15%。 因此, 對(duì)W 247.78 nm譜線干擾進(jìn)行修正以提高等離子體信號(hào)的質(zhì)量十分必要。 此外, 作者所在團(tuán)隊(duì)還探究了不同光譜探測(cè)位置下脈沖放電等離子體的溫度差異, 以C 247.86 nm信背比為單一評(píng)價(jià)指標(biāo)確定了最佳光譜探測(cè)位置, 但未考慮W 247.78 nm在不同探測(cè)位置下的實(shí)際干擾情況, 沒(méi)有深入分析電極元素譜線干擾的機(jī)理。

由于電極元素譜線由電極尖端的燒蝕激發(fā)引入, 而空氣和顆粒元素譜線由電極之間的空氣及樣品燒蝕解離激發(fā), 所以等離子體中各元素譜線非均勻分布, 目標(biāo)樣品譜線與干擾譜線存在空間分布差異。 因此, 通過(guò)觀測(cè)電極通道間放電通道的產(chǎn)生和維持過(guò)程、 電極間等離子體產(chǎn)生和消亡過(guò)程, 解析等離子體內(nèi)電極、 樣品及空氣元素特征譜線的分布規(guī)律, 深入探究了光譜干擾的形成機(jī)制。 最后根據(jù)譜線空間分布規(guī)律優(yōu)化了光譜探測(cè)位置, 有效減弱C-W譜線干擾效應(yīng)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

采用的PF-SIBS實(shí)驗(yàn)臺(tái)架如圖1所示, 主要包括高壓脈沖電源及電極、 給粉機(jī)、 雙通道光譜儀、 光機(jī)組件、 脈沖信號(hào)發(fā)生器(DG535)和計(jì)算機(jī)。 高壓脈沖電源(HVA-102N10, 山東東儀光電儀器有限公司)是脈沖放電等離子體的激發(fā)源, 輸出電壓為4.5 kV, 脈沖頻率為2 Hz。 配合電源使用的放電電極為純度99.99%的鎢電極, 直徑為2 mm, 錐角為20°, 兩個(gè)電極尖端之間的距離始終保持在2 mm。 給粉機(jī)采用壓電式振動(dòng)給粉機(jī)(PEF-90A, 日本三木), 形成自由下落的固體顆粒流, 固體顆粒落入脈沖放電等離子體時(shí)被擊穿燒蝕。 等離子體光譜由一組聚焦透鏡(L1和L2)采集至光纖, 最終傳輸至光譜儀進(jìn)行分析。 光譜儀采用波長(zhǎng)范圍分別是235～400和575～790 nm的雙通道光譜儀(Avspec-2048, Avantes, Holland), 光譜分辨率分別為0.05～0.10 nm, 積分時(shí)間為1.05 ms。 由DG535控制, 雙通道光譜儀在高壓脈沖電源啟動(dòng)10μs后開(kāi)始采集光譜, 即延遲時(shí)間為10 μs。

圖1 PF-SIBS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

實(shí)驗(yàn)中為避免復(fù)雜樣品帶來(lái)額外的譜線干擾, 選擇平均粒徑為45 μm、 含碳量為99%的化學(xué)純石墨粉(購(gòu)自東莞瀚輝石墨有限公司)作為顆粒流樣品。 給粉機(jī)調(diào)節(jié)石墨顆粒流的質(zhì)量流量為1.2 g·min-1, 流束直徑約為4 mm。 為了探測(cè)等離子體不同區(qū)域的光譜信號(hào), 實(shí)驗(yàn)中不斷改變平移底座的行程, 實(shí)現(xiàn)收光焦點(diǎn)在等離子體上的橫向移動(dòng)。 同時(shí)為了分析脈沖放電等離子體的演化過(guò)程以及等離子體全周期特征元素的空間分布規(guī)律, 還采用了高速攝像機(jī)(Fastcam Mini UX50, Photron)和ICCD相機(jī)(DH734, Andor)拍攝等離子體圖像, 由DG535控制延遲時(shí)間。 將雙通道光譜儀替換成高速攝像機(jī)或ICCD相機(jī), 其他裝置與上述一致, 進(jìn)行等離子體圖像拍攝。 高速攝像機(jī)延遲時(shí)間設(shè)置為0.1 μs, 幀數(shù)為25 000 fps, 單張圖像的曝光時(shí)間為1/256 000 s(約4 μs), 從而獲得等離子體演化過(guò)程不同階段的圖像。 ICCD相機(jī)的延遲時(shí)間和門(mén)寬分別設(shè)置為10 μs和1.05 ms, 與光譜儀一致, 配合使用分析譜線中心波長(zhǎng)的濾光片, 獲得等離子體內(nèi)空氣特征元素(N)與電極特征元素(W)的空間分布圖像。 探測(cè)N譜線的濾光片(FB740-10, Thorlabs)中心波長(zhǎng)為740 nm, 通帶半高寬(10±2) nm, 通帶最大透過(guò)率為65%, 在此范圍能探測(cè)到N 742.36 nm、 N744.23 nm和N 746.83 nm; 探測(cè)W譜線的濾光片(FB380-10, Thorlabs)中心波長(zhǎng)為380 nm, 通帶半高寬(10±2) nm, 通帶最大透過(guò)率為32%, 在此范圍內(nèi)能夠探測(cè)到信噪比較強(qiáng)的W Ⅱ 379.34 nm和W Ⅱ 380.45 nm。

電極間石墨粉的顆粒數(shù)密度和顆粒分布時(shí)刻變化, 存在無(wú)效擊穿或擊穿不充分的情況[18], 導(dǎo)致原始數(shù)據(jù)中可能存在無(wú)法真實(shí)反映樣品元素信息的無(wú)效光譜, 所以將其剔除有助于降低測(cè)量誤差。 計(jì)算CN 388.18 nm特征峰上七個(gè)像素點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差值[20], 將標(biāo)準(zhǔn)偏差值低于100的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。 對(duì)原始光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選之后, 為了進(jìn)一步減小測(cè)量偏差, 按激發(fā)順序, 取前兩百個(gè)有效光譜平均得到一個(gè)新的光譜并計(jì)算此兩百個(gè)有效光譜之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(脈沖間光譜信號(hào)RSD), 選取特征譜線C 247.86 nm、 W 247.78 nm、 N 744.23 nm作為石墨顆粒、 電極和空氣介質(zhì)的分析譜線。

2 結(jié)果與討論

2.1 C-W特征譜線干擾

常見(jiàn)的光譜探測(cè)位置為兩電極間距中心, 探測(cè)延時(shí)為1～30 μs[17, 21-23]。 因此, 仍選擇兩電極間距中心為探測(cè)位置, 并以C-W譜線信號(hào)強(qiáng)度比為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行探測(cè)延時(shí)優(yōu)化實(shí)驗(yàn), 確定光譜探測(cè)最優(yōu)延時(shí)為10 μs。 等離子體特征譜線的展寬機(jī)制主要是Stark展寬和Doppler展寬, 二者結(jié)合導(dǎo)致特征譜線的線型趨近于Voigt曲線。 C-W譜線疊加導(dǎo)致特征峰信號(hào)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值高于真實(shí)值, 利用Voigt函數(shù)對(duì)C-W重疊譜線進(jìn)行分峰擬合可得到各特征峰信號(hào)強(qiáng)度的分峰擬合值。 C-W重疊譜線的分峰擬合如圖2所示, 其中圖2(a)為C-W譜線分峰擬合結(jié)果, 黑色點(diǎn)實(shí)線為實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值; 黑色劃線為分峰擬合后C 247.86 nm和W 247.78 nm的波峰, 是C 247.86 nm和W 247.78 nm的分峰擬合值; 紅色實(shí)線為分峰擬合后C 247.86 nm和W 247.78 nm波峰分峰擬合值的疊加; 圖2(b)為N 742.36 nm、 N 744.23 nm、 N 746.83 nm的擬合結(jié)果, 黑色點(diǎn)實(shí)線為實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值, 紅色實(shí)線為擬合后的分峰擬合值。 由Voigt函數(shù)擬合的結(jié)果記錄各特征峰信號(hào)強(qiáng)度, 如表1所示。 從表中的數(shù)據(jù)可以看出, 三條N元素譜線的分峰擬合值與觀測(cè)值較為接近, 沒(méi)有明顯的譜線干擾; 而C 247.86 nm譜線信號(hào)強(qiáng)度的分峰擬合值和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值之比僅有86.02%, W 247.78 nm對(duì)C247.86 nm的疊加導(dǎo)致C 247.86 nm信號(hào)強(qiáng)度分峰擬合值與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值相差較大。

表1 優(yōu)化前C-W分峰擬合結(jié)果

圖2 特征譜線擬合結(jié)果

2.2 脈沖放電等離子體演化過(guò)程及特征譜線分布

圖3是高速相機(jī)拍攝放電等離子體的演化過(guò)程。 圖3(a)—(d)反映了等離子體的產(chǎn)生過(guò)程, 在此階段陰極金屬的蒸發(fā)濺射膨脹, 并在電磁力的約束下形成沿電極尖端連線對(duì)稱(chēng)的等離子體, 此時(shí)陰極附近等離子體強(qiáng)度大于陽(yáng)極。 在放電等離子體形成前期, 等離子體的產(chǎn)生源自于陰極斑點(diǎn)[24]。 陰極尖端區(qū)域使得電場(chǎng)強(qiáng)度提升幾百倍, 形成場(chǎng)致放電, 陰極附近的電子發(fā)射密度急劇上升導(dǎo)致陰極區(qū)域焦耳熱增強(qiáng), 促使陰極金屬蒸發(fā)濺射。 金屬蒸汽與高能電子發(fā)生碰撞電離, 在陰極附近產(chǎn)生金屬離子; 電子的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)高于正離子, 因此陰極附近堆積了大量金屬正離子, 使得陰極表面的電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng), 從而維持了陰極斑點(diǎn)的存在。 電子在電場(chǎng)的作用下, 向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)并加熱和電離電極間隙氣體介質(zhì)的分子或原子, 形成從陰極向陽(yáng)極的放電通道[25]。

圖3 等離子體演化過(guò)程(左側(cè)陰極, 右側(cè)陽(yáng)極)

圖3(e)—(h)顯示了等離子體消亡的過(guò)程。 陰極附近的等離子體率先湮滅, 電極間隙的等離子體光強(qiáng)從陽(yáng)極向陰極逐漸減弱, 并且分化為陽(yáng)極尖端光斑和電極間隙光弧兩部分, 最終消失。 上述拍攝的等離子體由不同特征元素的離子及中性原子組成, 通過(guò)配合使用分析譜線中心波長(zhǎng)濾光片的ICCD對(duì)等離子體的W和N元素譜線進(jìn)行區(qū)分。 ICCD實(shí)驗(yàn)采用平均粒徑為50 μm的化學(xué)純石英砂作為實(shí)驗(yàn)樣品, 分析W元素譜線的強(qiáng)度分布情況。

2.3 特征譜線隨探測(cè)位置的變化規(guī)律

圖4顯示了等離子體的N和W譜線強(qiáng)度空間分布情況。 陽(yáng)極尖端處的光斑為N譜線的強(qiáng)度核心; 而W譜線強(qiáng)度主要集中在陰極附近范圍并向陽(yáng)極沿伸。 上述現(xiàn)象表明, 放電等離子體存在于電極尖端之間, 特征元素譜線強(qiáng)度在等離子體內(nèi)分布不均。 由于光纖透鏡組通過(guò)焦點(diǎn)收光, 僅探測(cè)到等離子體的局部區(qū)域, 據(jù)此將等離子體激發(fā)區(qū)域劃分為五個(gè)光譜探測(cè)位置, 設(shè)計(jì)了如圖5所示的光譜儀探測(cè)方案, 電極中心為0 mm, 陰極尖端為-1.0 mm, 陽(yáng)極尖端為1.0 mm, 橫向移動(dòng)光纖探頭, 使得光纖透鏡組的收光焦點(diǎn)中心(焦點(diǎn)光斑小于0.5 mm)分別聚焦在-1.0、 -0.5、 0、 0.5和1.0 mm處, 獲得不同探測(cè)位置下C、 W、 N元素特征譜線強(qiáng)度在等離子體激發(fā)區(qū)域內(nèi)的分布規(guī)律。

圖4 特征譜線二維分布

圖5 光譜探測(cè)位置設(shè)置示意圖

圖6是空氣等離子體特征譜線強(qiáng)度及脈沖間光譜信號(hào)RSD隨探測(cè)位置的變化規(guī)律。 從陰極到陽(yáng)極的過(guò)程中, W譜線信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸衰減的趨勢(shì), 信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)也逐漸增強(qiáng); N譜線信號(hào)強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì), 信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)逐漸減弱。 圖7是石墨等離子體特征譜線強(qiáng)度及脈沖間光譜信號(hào)RSD隨探測(cè)位置的變化規(guī)律。 W和N譜線與擊穿空氣實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律, C譜線信號(hào)強(qiáng)度在電極中心處最大, 沿兩電極方向逐漸減弱。

圖6 空氣等離子體光譜特征譜線的信號(hào)強(qiáng)度(點(diǎn)線圖)及波動(dòng)性(柱形圖)

圖7 石墨等離子體光譜特征譜線的信號(hào)強(qiáng)度(點(diǎn)線圖)及波動(dòng)性(柱形圖)

由特征譜線信號(hào)強(qiáng)度隨光譜探測(cè)位置的變化規(guī)律可知, 等離子體中C、 W、 N三種特征元素激發(fā)特性的差異導(dǎo)致等離子體內(nèi)的特征譜線分布不均。

電子是放電能量的主要載體, 其從陰極發(fā)射到陽(yáng)極過(guò)程中, 逐步與電極金屬、 石墨及空氣發(fā)生雪崩式碰撞電離, 搭建并維持由電子和正離子組成的放電通道。 類(lèi)似的尖端對(duì)尖端脈沖放電研究顯示, 約30%的能量用來(lái)加熱和電離空氣介質(zhì), 更多的能量用于電極金屬的蒸發(fā)電離[26]。 在陰極尖端區(qū)域, 電子由陰極尖端發(fā)射, 產(chǎn)生的焦耳熱使得陰極金屬蒸發(fā)濺射膨脹, 其膨脹過(guò)程產(chǎn)生的沖擊將部分樣品和空氣推出陰極區(qū)域; 在放電通道中部, 電子進(jìn)一步與密集的石墨顆粒流發(fā)生碰撞電離; 在陽(yáng)極尖端區(qū)域, 剩余的放電能量難以燒蝕高熔點(diǎn)的電極金屬, 電子進(jìn)一步電離空氣介質(zhì), 并匯聚于陽(yáng)極。 相比于原子和離子, 電子的移動(dòng)速度較快, 是放電通道產(chǎn)生和維持的主要載體。 而特征元素的中性原子和離子占據(jù)在各自的激發(fā)區(qū)域內(nèi), 組成等離子體, 從而形成陰極金屬激發(fā)段、 中心顆粒激發(fā)段和陽(yáng)極空氣激發(fā)段。

2.4 譜線干擾修正效果評(píng)估

前述實(shí)驗(yàn)分析了譜線干擾的形成機(jī)制, 電極元素譜線主要由陰極燒蝕激發(fā)產(chǎn)生, 靠近陰極處的放電能量主要用于電極的燒蝕。 因此, 探測(cè)碳元素譜線時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)陰極區(qū)域, 選擇放電能量主要用于激發(fā)石墨的區(qū)域。 如圖8所示, 隨光譜探測(cè)位置移動(dòng), C-W信號(hào)強(qiáng)度比值在0.5 mm處達(dá)到最大。 將0.5 mm處的C-W峰進(jìn)行分峰擬合, 結(jié)果如圖9所示, C 247.86 nm譜線強(qiáng)度在C-W重疊區(qū)域占主導(dǎo), C 247.86 nm的觀測(cè)值更接近分峰擬合值。

圖8 C-W信號(hào)強(qiáng)度比隨光譜探測(cè)位置移動(dòng)的變化規(guī)律

圖9 0.5 mm處C-W分峰擬合結(jié)果

表2記錄了不同光譜探測(cè)位置下C 247.86 nm峰值強(qiáng)度的分峰擬合值、 觀測(cè)值及二者比值, 比值表征分峰擬合值與觀測(cè)值的接近程度。 從表2所列結(jié)果可以看出, 在陰極區(qū)域之外分峰擬合值與觀測(cè)值的比值更加接近, 在0.5 mm處達(dá)到94.93%, 高于常規(guī)探測(cè)位置(0 mm)下的86.02%, 光譜探測(cè)位置優(yōu)化后W 247.78 nm對(duì)C 247.86 nm的譜線疊加干擾效應(yīng)顯著減弱。

表2 不同探測(cè)位置下C 247.86 nm信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比

3 結(jié) 論

樣品元素C、 電極元素W、 空氣元素N的激發(fā)特性差異導(dǎo)致了其在放電等離子體中分布不均。 放電通道由陰極電子發(fā)射產(chǎn)生, 電極元素W主要來(lái)源于陰極的蒸發(fā)濺射膨脹。 隨著向陽(yáng)極放電過(guò)程的進(jìn)行, 電子進(jìn)一步蒸發(fā)電離密集的樣品顆粒流。 在陽(yáng)極尖端區(qū)域, 放電能量難以燒蝕高熔點(diǎn)的電極材料, 電子主要電離陽(yáng)極區(qū)域附近的空氣介質(zhì), 并匯聚于陽(yáng)極尖端。 根據(jù)放電通道的產(chǎn)生過(guò)程, 將放電區(qū)域劃分成陰極金屬激發(fā)區(qū)、 中心顆粒激發(fā)區(qū)和陽(yáng)極空氣激發(fā)區(qū), 電子從陰極到陽(yáng)極沿途電離產(chǎn)生電極、 樣品顆粒、 空氣的離子及其中性原子占據(jù)在各自的激發(fā)區(qū)域內(nèi), 形成等離子體, 并輻射出對(duì)應(yīng)的特征元素譜線。 根據(jù)上述的譜線干擾形成機(jī)制, 為減少W譜線對(duì)C譜線的疊加干擾, 將光譜探測(cè)位置從常見(jiàn)的0 mm處移動(dòng)至0.5 mm, C-W信號(hào)強(qiáng)度比值從1.200提升到1.348, C 247.86 nm的分峰擬合值與觀測(cè)值之比從86.02%提升到94.93%, W 247.78 nm對(duì)C 247.86 nm的譜線觀測(cè)干擾顯著降低。

脈沖放電等離子體光譜是一種有效的定量分析手段, 具有樣品激發(fā)程度高、 等離子體位置穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn), 但也存在引入電極元素譜線干擾等缺點(diǎn), 對(duì)含碳樣品的影響尤為嚴(yán)重。 厘清脈沖放電等離子體的譜線干擾機(jī)制, 有助于指導(dǎo)根據(jù)目標(biāo)譜線的需求選擇最佳的光譜探測(cè)位置, 提升檢測(cè)含碳樣品的準(zhǔn)確度。