激光诱导击穿光谱技术在液体中的研究进展.docx

    激光诱导击穿光谱技术在液体中的研究进展    摘 要：激光诱导击穿光谱技术是一种利用高功率激光作用于物质表面激发等离子体信号，进而对元素进行定性、定量检测的有效途径本文介绍了LIBS技术的原理，双脉冲相对于单脉冲的优势，重点讨论了该技术在液体样品方面的技术发展和应用，并分析比较了液体内部、液体表面、液体喷流、液滴以及将液体转化为固体的优势，LIBS技术在液体中的检测方面还具有重大的应用潜力关键词：光谱学；激光诱导击穿光谱；液体；元素检测一、激光诱导击穿光谱技术简介激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）是一种最为常用的激光烧蚀光谱技术，是典型的一种能够实现、无损、快速的物质成分检测方法其工作原理是利用高功率激光经透镜聚焦在气体、液体或固体样品上，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量，就会在局部产生等离子体，称作激光诱导等离子体；通过光学收光系统对激发的等离子体中的原子和离子发射特征光谱进行收集，再通过光谱仪测量这些特征谱线的波长和对应的光谱强度，进而实现对物质成分进行定性和定量分析由于这种等离子体局部能量密度及温度相当高，因而可用于取样、原子化、激发及离子化等工作。

用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号，从理论上可以根据发射光谱的强度进行定量分析LIBS突出的优势在于检测速度快、破坏性小，无需样品制备或只需对样品进行简单的物理制备，可用于有毒和有害环境以及远程实时多元素同时检测，且不受样品形态的影响，可广泛应用到固体、液体、气体的元素分析中基于这些优势，使得LIBS技术在环境污染的痕量分析研究中受到越来越多的重视由于单脉冲LIBS的检测限、稳定性等方面还不能真正满足实际应用的需要，对于如何提高LIBS技术检测的灵敏度和稳定性的问题成为了很多课题组的研究重点，继而出现了多种有关激光诱导击穿光谱在各个领域的探测新技术，双脉冲激光诱导击穿光谱技术的产生就是其中之一国内外对于双脉冲LIBS技术的研究大多是关于垂直结构的，对于共线结构双脉冲LIBS的研究相对较少与单脉冲LIBS技术相比，双脉冲LIBS技术在一定程度上能提高信号的光谱强度、降低检测限二、液相样品的激光诱导击穿光谱研究现状与LIBS在固体中的研究相比，其在液体中的应用研究相对来说较少，但经过各课题组几十年的研究也取得了长足的进步和重大的进展Gruber用LIBS原位检测分析钢液中的Mg和Cr元素，并分析了其周围的压力环境对检测结果的影响。

J?rvinen通过对水溶液蒸发浓缩，再采用LIBS分析水中的Zn和Pb元素，其检测限分别为0.3ug·ml-1和0.1ug·ml-1Fang.X对配置的HgCl溶液电解再用LIBS技术检测溶液中的Hg元素，并通过配置的标准溶液得出校准曲线，计算得出Hg元素的检测限为11ppbCahoon通过将液体样品雾化以后用LIBS定量分析溶液中的Al、Mg、Ba和Si元素，实验表明雾化成液滴以后，以上的被测元素的检测灵敏度在很大程度上都得到了提高在国内，在冶炼、机械制造、化工等工业生产过程中会排出多种重金属元素的工业废水，对环境和人类危害最大，如何科学有效检测污染水中的成为一大研究热点宋超等利用激光诱导击穿光谱技术对混合溶液中的Cu、Mg、Zn和Cd四种元素进行试验测量，在蒸馏水中加入CuSO4，Mg（N03）2，Zn（NO3）2和Cd（NO3）2四种溶质，配置7种不同Cu，Mg，Zn和Cd浓度的混合溶液，采用统计探索性数据分析方法处理LIBS数据，得到蒸馏水中Cu.Mg.Zn和Cd元素的定标曲线，拟合度系数R，均大于0.99，研究表明激光诱导击穿光谱技术在蒸馏水中科院检测重金属，但在实际水污染重金属元素检测方面有待研究。

为了提高激光诱导击穿光谱技术用于水溶液中痕量金属检测的稳定性和灵敏度，徐丽等采用液体喷流的方式，相比于体相，流动液柱的形式对激光能量的吸收较小，避免了液柱表面的溅射和波动对LIBS信号的影响利用激光诱导击穿光谱技术对不同溶度的Cr溶液进行了检测和分析，通过对实验系统的激光能量、探测延时等的优化，提高了LIBS信号的稳定性，提高了LIBS技术对于液相基质痕量检测的灵敏度受到液体内部复杂环境的影响，LIBS技术在针对液体样品的成分检测分析的应用受到很大的制约由中国海洋大学光学光电子实验室提出了一种由超声波雾化器件辅助，先将液体雾化成空气中密集的雾状小液滴，然后进行LIBS检测的新方法，并由此实现了一套检测系统，使用该系统对溶解有镁元素的水溶液样品进行了系统实验分析实验发现，即使在相对较低的脉冲能量下，该方法诱导的LIBS信号仍具有较长的寿命和较高的信背比三、结论与展望LIBS作為一种崭新的元素检测技术，自从第一台激光器问世以来，就受到人们的极大关注，但是该技术用于对液体样品的分析仍然较少，同时在定量分析方面与传统技术相比还有一定的距离LIBS技术能进行多元素同时测量，但在单个元素检测限方面有待提高。

LIBS作为一种相对安全、可靠的元素检测新技术，现阶段已经表明了它在环境检测、食品检测、材料成分等多个领域进行了成功运用LIBS技术所检测的样品包括固态、液态和气态，虽然在定量分析这方面还存在一些局限性，但随着各项目组在定量分析原理方面经验的积累和改进，已经取得了较大的进展，我们预知LIBS技术将在未来的太空、国防、食品等多个领域会有更广阔的应用空间参考文献：[1]宋超，张亚维，高勋.基于激光诱导击穿光谱技术的混合溶液重金属元素检测[J].光谱学与光谱分析，2017，37（06）：1885-1889.[2]郑美兰.共线双脉冲LIBS检测水中重金属铜和镉元素的试验研究[D].江西农业大学，2016.  -全文完-。