激光誘導(dǎo)擊穿光譜( LIBS)是一種快速化學(xué)分析技術(shù)。將一束高功率激光脈沖聚焦至樣本上，產(chǎn)生微等離子體，通過(guò)測(cè)量微等離子體的元素或分子發(fā)射光譜，即可確定樣品的元素組成。

與原子吸收光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)等傳統(tǒng)的技術(shù)相比，LIBS具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：無(wú)需進(jìn)行樣品預(yù)處理，可同時(shí)進(jìn)行多元素檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)非接觸測(cè)量。這些優(yōu)點(diǎn)使它適合于實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于固體、氣體和液體的分析。

傳統(tǒng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜( LIBS)及其延伸

傳統(tǒng)的基于納秒脈沖激光的LIBS系統(tǒng)，由于激光功率強(qiáng)、脈沖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、等離子體屏蔽效應(yīng)等問(wèn)題，而存在一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題影響了其再現(xiàn)性和信噪比。飛秒LIBS(fs-LIBS)不會(huì)產(chǎn)生等離子體的屏蔽效應(yīng)，因?yàn)槠涑�短的脈沖持續(xù)時(shí)間阻礙了激光與物質(zhì)相互作用的時(shí)間。飛秒脈沖功率密度高，因此可以有效地電離和分解材料，信背比更高，光譜分辨率更精確。

等離子體絲誘導(dǎo)擊穿光譜(FIBS)是一種同時(shí)結(jié)合了LIBS技術(shù)和飛秒激光光絲的技術(shù)。激光光絲是超短、高強(qiáng)度的光束在大氣等透明介質(zhì)中傳播時(shí)，克爾自聚焦效應(yīng)和等離子體散焦效應(yīng)二者之間動(dòng)態(tài)平衡。飛秒激光光絲產(chǎn)生了一個(gè)長(zhǎng)而穩(wěn)定的激光等離子體通道，保證了激光功率密度的穩(wěn)定性，從而提高了測(cè)量的穩(wěn)定性。然而，當(dāng)激光能量增加時(shí)，功率和電子密度達(dá)到飽和——這就是所謂的激光光強(qiáng)鉗制效應(yīng)，它限制了FIBS的檢測(cè)靈敏度。

等離子光柵誘導(dǎo)擊穿光譜的實(shí)驗(yàn)原理圖

等離子體光柵

幸運(yùn)的是，多根光絲干涉形成的等離子體光柵具有突破單根光絲強(qiáng)度鉗制的特性，且等離子體光柵中的電子密度已被證明比光絲中的電子密度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

基于這一發(fā)現(xiàn)，上海華東師范大學(xué)曾和平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組最近展示了一種新技術(shù)：飛秒等離子體光柵誘導(dǎo)擊穿光譜(GIBS)。GIBS能夠有效克服ns-LIBS、fs-LIBS和FIBS的缺點(diǎn)。在相同的初始脈沖條件下，信號(hào)強(qiáng)度提升了三倍多，且由等離子體光柵誘導(dǎo)的等離子體的壽命約是FIBS誘導(dǎo)的等離子體的兩倍。飛秒等離子體光柵沒(méi)有等離子體屏蔽效應(yīng)，且具有較高的功率和電子密度，因此可用于定量分析。

曾和平教授表示，GIBS技術(shù)的應(yīng)用前景十分廣闊，可用于檢測(cè)難以熔化、電離或解離的樣品，也可以用于具有復(fù)雜基質(zhì)的樣品。

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