板壁空间约束下激光诱导铝等离子体形态-光谱关联机制研究

《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》：Morphology–spectral correlations of laser-induced Al plasma with plate wall spatial confinement

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术存在信号波动大的瓶颈问题。研究人员通过板壁空间约束(PWSC)实验，结合光学发射光谱(OES)、高速摄影和阴影成像技术，首次建立了等离子体形态参数（轴向/径向长度、羽流面积等）与光谱特性（强度、稳定性、增强因子）的三级关联框架。研究发现PWSC使光谱增强达1.88倍，RSD从~12%降至5.8%，并揭示了径向长度在约束条件下的主导作用，为高精度元素分析提供了新型等离子体图像-光谱融合优化策略。

　　

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术一直受到信号脉冲间波动问题的困扰，这限制了其信号强度和稳定性。虽然空间约束能有效增强发射信号，但等离子体羽流形态与光谱特性之间的定量关系仍不明确，制约了机理研究和优化策略的发展。本研究通过皮尔逊和斯皮尔曼相关分析，建立了连接光谱特性、全局等离子体形态和局部形态特征的三级层次关联框架。研究人员采用光学发射光谱(OES)、高速摄影和阴影成像技术，分析了板壁空间约束(PWSC)条件下形态参数（轴向长度、径向长度、羽流面积、总积分图像强度、平均像素强度、感兴趣区域积分强度及轴向径向比）与光谱特性（强度、稳定性、增强因子）的关联规律。结果显示PWSC显著改变了形态-光谱关联模式：在7微秒(^μs)延迟时间下，光谱增强因子达到1.88倍，相对标准偏差(RSD)从约12%降至5.8%。特别值得注意的是，轴向径向比(AL/RL)与光谱强度的关联从强正相关(0.94-0.997)逆转为中等负相关(-0.38至-0.46)，而径向长度(RL)与强度的关联则显著增强(0.13升至0.95)，这凸显了空间约束条件下径向维度的重要主导作用。这些发现为理解约束诱导的等离子体羽流动力学提供了机理层面的新见解，并为高精度元素分析中基于相关加权的等离子体图像-光谱融合优化奠定了理论基础。