中科院西安光機(jī)所在激光等離子體光譜研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
2023-02-09 09:23:46 admin
激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)是一種基于原子發(fā)射光譜學(xué)的元素分析技術(shù)，通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，進(jìn)而對等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析以確定樣品的物質(zhì)成分及含量。LIBS技術(shù)(原則上)可以分析任何物態(tài)的樣品，僅受到激光的功率以及攝譜儀&檢測器的靈敏度和波長范圍的限制。在多元素分析、實時快速原位測量等方面具備突出優(yōu)勢，在定性識別物質(zhì)與定量物質(zhì)成分分析等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。放電輔助激光誘導(dǎo)擊穿光譜(D-LIBS)在痕量檢測中代表了一種非常有前途的技術(shù)。
利用放電輔助可以顯著增強(qiáng)LIBS信號強(qiáng)度
，從而達(dá)到提高分析靈敏度的目的
。然而，D-LIBS在放電時電能消耗過大
，同時從交變電壓和電流中產(chǎn)生電磁脈沖
，這不可避免地導(dǎo)致能源浪費(fèi)和環(huán)境污染相關(guān)問題。這一負(fù)面因素
，不僅加大了安全隱患和運(yùn)行風(fēng)險
，更不利于社會倡導(dǎo)的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)要求，進(jìn)而限制了D-LIBS技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，開發(fā)一種“兩低一高”(低環(huán)境危害、低能耗、高分析靈敏度)的D-LIBS技術(shù)仍然是物質(zhì)分析領(lǐng)域中一項難度較大的挑戰(zhàn)。
近日，西安光機(jī)所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點實驗室湯潔研究員課題組
，聯(lián)合美國勞倫斯伯克利國家實驗室Vassilia Zorba教授團(tuán)隊，在激光等離子體光譜研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。湯潔研究員課題組與Vassilia Zorba教授團(tuán)隊合作共同提出一種離子動力學(xué)調(diào)制方法，對克服傳統(tǒng)D-LIBS放電能耗大、安全風(fēng)險高、環(huán)境危害大等不利因素，同時提高分析靈敏度具有顯著改善效果。該項工作借助于這種方法，合理優(yōu)化電極配置，有序調(diào)控放電模式，在有效增強(qiáng)光譜信號強(qiáng)度的同時，大幅降低放電能耗。
實驗測試結(jié)果表明：與傳統(tǒng)D-LIBS對比
，該成果對于非平坦樣品實現(xiàn)了在維持光譜信號2個數(shù)量級提升情況下，放電能耗降低了約1個數(shù)量級。結(jié)合經(jīng)改進(jìn)的小波變換降噪方法，D-LIBS中譜線信噪比、信背比，以及穩(wěn)定性相比原光譜均獲得了顯著提升。微量元素(Mg)的檢出限從近百ppm降低至亞ppm量級。除此之外，與傳統(tǒng)D-LIBS及其他LIBS增強(qiáng)技術(shù)相比，微量元素(Mg、Si)探測靈敏度提高近2個數(shù)量級。該研究成果不僅有助于推動節(jié)能環(huán)保建設(shè)以及D-LIBS的廣泛應(yīng)用，同時在低燒蝕激光功率密度的極端條件下，為D-LIBS微量或痕量元素定性與定量分析提供了有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
相關(guān)研究成果Large modulation of ion dynamics for discharge-assisted laser-induced breakdown spectroscopy于近日發(fā)表于Cell子刊Cell Reports Physical Science
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