激光诱导击穿光谱（LIBS）研究领域再次取得重要进展

激光诱导击穿光谱技术（LIBS）又称激光诱导等离子体光谱，是一种基于原子发射光谱法的元素分析技术，在多元素分析、实时快速原位检测等方面具有突出优势，并且在痕量物质定性定量分析领域具有重要的应用前景。目前该技术已在深空深海探测、地质勘探、生物医药，以及环境监测等众多领域得到广泛应用。但在普遍应用中，LIBS技术面临信号波动大、光谱强度低、信噪比差、探测灵敏度低等不利因素。瞬态光学与光子技术国家重点实验室汤洁研究员课题组近年来开展了激光等离子体光谱研究领域的技术攻关。

放电辅助增强策略可实现大幅度的激光等离子体光谱增强。然而，D-LIBS在放电时电能消耗过大，同时从交变电压和电流中产生电磁脉冲，这不可避免地导致能源浪费和环境污染相关问题。2023年2月份，瞬态光学与光子技术国家重点实验室汤洁研究员课题组与Vassilia Zorba教授团队合作共同提出一种离子动力学调制方法，对克服传统放电辅助LIBS技术（D-LIBS）放电能耗大、安全风险高、环境危害大等不利因素，同时提高分析灵敏度具有显著改善效果。该项工作借助于这种方法，合理优化电极配置，有序调控放电模式，在有效增强光谱信号强度的同时，大幅降低放电能耗。

然而，这一方法在液态样品的探测中受液相对放电过程的干扰导致LIBS信号波动大，影响探测光路甚至无法探测，极大阻碍了放电辅助LIBS（DA-LIBS）在液态样品中痕量物种定性或定量分析方面的应用。近日，针对放电辅助LIBS在液态样品探测中面临的关键技术性难题，该团队提出了DA-LIBS结合滤纸采样的方法，促进等离子体中更多的物质被持续加热、电离，致使其寿命从几微秒延长至近百微秒，等离子体光谱强度增加1–2个数量级，滤纸均匀采样巧妙克服了液相干扰放电过程及信号稳定性差等不利因素，显著增强激光烧蚀样品的稳定性，等离子体光谱信号稳定性得以提升33%。凭借显著的光谱增强效应，痕量Ca、Ba元素检出限降低至ppb量级（ 1ppb=10-9=十亿分之一），相比于传统单脉冲LIBS，检出限降低近2个数量级。相比于其他LIBS增强技术（如双脉冲LIBS），该方法不仅享有同等高水平的探测灵敏度，还具备低成本、低能耗、装置简易等优势，将在环境与生态废油污染监测中，对污染物质的溯源，以及预防措施的制定，展现出巨大的应用潜力和价值。

图片来源于中国科学院西安光学精密机械研究所

该项研究成果发表于分析化学领域顶级期刊 Analytical Chemistry（Nature Index 收录，IF：8.0）。