[论文解读] Laser-induced breakdown spectroscopy: A versatile technique of elemental analysis and its applications

V. N.|arXiv (Cornell University)|Jul 1, 2014

Laser-induced spectroscopy and plasma参考文献 2被引用 6

一句话总结

本文综述了激光诱导击穿光谱（LIBS）作为一种多功能、多元素分析技术，能够实现实时、原位的元素分析。文章强调了通过磁约束和双脉冲激发技术提升灵敏度的进展，使该技术在环境监测、工业分析以及爆炸物和生物制剂等危险物质检测中得以应用。

ABSTRACT

This paper reviews the state of art technology of laser induced breakdown spectroscopy (LIBS). Research on LIBS is gaining momentum in the field of instrumentation and data analysis technique due to its wide application in various field particularly in environmental monitoring and in industry. The main focus is on its miniaturization for field application and on increasing its sensitivity. The sensitivity of LIBS has been increased by confining the laser produced plasma using external magnetic field as well as using two successive laser pulse excitation of plasma. LIBS has capability for simultaneous multi element determination, localized microanalysis, surface analysis and has been used successfully for determination and identification of hazardous explosive and biological samples. Experimental findings of LIBS study in different applications have been discussed.

研究动机与目标

• 综述激光诱导击穿光谱（LIBS）在元素分析方面的最新进展。
• 解决传统LIBS在野外和痕量分析应用中灵敏度低的挑战。
• 探索LIBS系统的微型化，以实现便携式、现场分析应用。
• 研究提升LIBS灵敏度的方法，包括磁场所限和双脉冲激发。
• 展示LIBS在检测爆炸物和生物制剂等危险物质方面的适用性。

提出的方法

• 激光诱导击穿光谱（LIBS）利用聚焦激光脉冲在样品表面产生微等离子体。
• 收集并分析等离子体的发射光谱，基于特征原子发射线识别元素组成。
• 通过施加外部磁场实现等离子体约束，延长其寿命，从而提高灵敏度。
• 采用双脉冲激光激发以提高等离子体温度和发射强度，改善检测限。
• 该技术可实现同时多元素检测、局部微区分析和表面表征。
• 通过设计为便携式和实时分析的微型化LIBS系统，支持现场应用。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何提升LIBS在痕量和现场元素分析中的灵敏度？
• RQ2 外部磁场对等离子体的约束在增强LIBS信号强度方面起到什么作用？
• RQ3 与单脉冲LIBS相比，双脉冲激光激发在提高等离子体发射和检测限方面有多大改善？
• RQ4 LIBS在识别爆炸物和生物制剂等危险物质方面有多高效？
• RQ5 在实现LIBS系统野外可部署应用方面，面临的主要挑战和机遇是什么？

主要发现

• 通过磁约束增强后，LIBS可实现同时多元素测定，检测限达到ppm至ppb量级。
• 在激光产生的等离子体上施加外部磁场可提高发射强度并延长等离子体寿命，从而增强灵敏度。
• 双脉冲激光激发显著改善了等离子体的形成和发射强度，从而提升了检测限。
• LIBS已成功应用于复杂基质中爆炸物和生物制剂的识别与定量分析。
• 已开发出微型化LIBS系统用于野外部署，实现在环境和工业场景中的实时、现场元素分析。
• 由于其基于烧蚀的取样机制，该技术在表面微区分析和局部元素分布图绘制方面展现出巨大潜力。