摘 要：激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是一種利用高功率激光作用于物質(zhì)表面激發(fā)等離子體信號(hào)，進(jìn)而對(duì)元素進(jìn)行定性、定量檢測(cè)的有效途徑。本文介紹了LIBS技術(shù)的原理，雙脈沖相對(duì)于單脈沖的優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)討論了該技術(shù)在液體樣品方面的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，并分析比較了液體內(nèi)部、液體表面、液體噴流、液滴以及將液體轉(zhuǎn)化為固體的優(yōu)勢(shì)，LIBS技術(shù)在液體中的檢測(cè)方面還具有重大的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：光譜學(xué)；激光誘導(dǎo)擊穿光譜；液體；元素檢測(cè)

一、激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)簡(jiǎn)介

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）是一種最為常用的激光燒蝕光譜技術(shù)，是典型的一種能夠?qū)崿F(xiàn)在線、無損、快速的物質(zhì)成分檢測(cè)方法。其工作原理是利用高功率激光經(jīng)透鏡聚焦在氣體、液體或固體樣品上，當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿門檻能量，就會(huì)在局部產(chǎn)生等離子體，稱作激光誘導(dǎo)等離子體；通過光學(xué)收光系統(tǒng)對(duì)激發(fā)的等離子體中的原子和離子發(fā)射特征光譜進(jìn)行收集，再通過光譜儀測(cè)量這些特征譜線的波長(zhǎng)和對(duì)應(yīng)的光譜強(qiáng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)成分進(jìn)行定性和定量分析。由于這種等離子體局部能量密度及溫度相當(dāng)高，因而可用于取樣、原子化、激發(fā)及離子化等工作。用光譜儀直接收集樣品表面等離子體產(chǎn)生的發(fā)射譜線信號(hào)，從理論上可以根據(jù)發(fā)射光譜的強(qiáng)度進(jìn)行定量分析。

LIBS突出的優(yōu)勢(shì)在于檢測(cè)速度快、破壞性小，無需樣品制備或只需對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單的物理制備，可用于有毒和有害環(huán)境以及遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)多元素同時(shí)檢測(cè)，且不受樣品形態(tài)的影響，可廣泛應(yīng)用到固體、液體、氣體的元素分析中。基于這些優(yōu)勢(shì)，使得LIBS技術(shù)在環(huán)境污染的痕量分析研究中受到越來越多的重視。

由于單脈沖LIBS的檢測(cè)限、穩(wěn)定性等方面還不能真正滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，對(duì)于如何提高LIBS技術(shù)檢測(cè)的靈敏度和穩(wěn)定性的問題成為了很多課題組的研究重點(diǎn)，繼而出現(xiàn)了多種有關(guān)激光誘導(dǎo)擊穿光譜在各個(gè)領(lǐng)域的探測(cè)新技術(shù)，雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的產(chǎn)生就是其中之一。國(guó)內(nèi)外對(duì)于雙脈沖LIBS技術(shù)的研究大多是關(guān)于垂直結(jié)構(gòu)的，對(duì)于共線結(jié)構(gòu)雙脈沖LIBS的研究相對(duì)較少。與單脈沖LIBS技術(shù)相比，雙脈沖LIBS技術(shù)在一定程度上能提高信號(hào)的光譜強(qiáng)度、降低檢測(cè)限。

二、液相樣品的激光誘導(dǎo)擊穿光譜研究現(xiàn)狀

與LIBS在固體中的研究相比，其在液體中的應(yīng)用研究相對(duì)來說較少，但經(jīng)過各課題組幾十年的研究也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和重大的進(jìn)展。Gruber用LIBS原位檢測(cè)分析鋼液中的Mg和Cr元素，并分析了其周圍的壓力環(huán)境對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。J?rvinen通過對(duì)水溶液蒸發(fā)濃縮，再采用LIBS分析水中的Zn和Pb元素，其檢測(cè)限分別為0.3ug·ml-1和0.1ug·ml-1。Fang.X對(duì)配置的HgCl溶液電解再用LIBS技術(shù)檢測(cè)溶液中的Hg元素，并通過配置的標(biāo)準(zhǔn)溶液得出校準(zhǔn)曲線，計(jì)算得出Hg元素的檢測(cè)限為11ppb。Cahoon通過將液體樣品霧化以后用LIBS定量分析溶液中的Al、Mg、Ba和Si元素，實(shí)驗(yàn)表明霧化成液滴以后，以上的被測(cè)元素的檢測(cè)靈敏度在很大程度上都得到了提高。在國(guó)內(nèi)，在冶煉、機(jī)械制造、化工等工業(yè)生產(chǎn)過程中會(huì)排出多種重金屬元素的工業(yè)廢水，對(duì)環(huán)境和人類危害最大，如何科學(xué)有效檢測(cè)污染水中的成為一大研究熱點(diǎn)。宋超等利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)混合溶液中的Cu、Mg、Zn和Cd四種元素進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，在蒸餾水中加入CuSO4，Mg（N03）2，Zn（NO3）2和Cd（NO3）2四種溶質(zhì)，配置7種不同Cu，Mg，Zn和Cd濃度的混合溶液，采用統(tǒng)計(jì)探索性數(shù)據(jù)分析方法處理LIBS數(shù)據(jù)，得到蒸餾水中Cu.Mg.Zn和Cd元素的定標(biāo)曲線，擬合度系數(shù)R，均大于0.99，研究表明激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在蒸餾水中科院檢測(cè)重金屬，但在實(shí)際水污染重金屬元素檢測(cè)方面有待研究。

為了提高激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)用于水溶液中痕量金屬檢測(cè)的穩(wěn)定性和靈敏度，徐麗等采用液體噴流的方式，相比于體相，流動(dòng)液柱的形式對(duì)激光能量的吸收較小，避免了液柱表面的濺射和波動(dòng)對(duì)LIBS信號(hào)的影響。利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)對(duì)不同溶度的Cr溶液進(jìn)行了檢測(cè)和分析，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的激光能量、探測(cè)延時(shí)等的優(yōu)化，提高了LIBS信號(hào)的穩(wěn)定性，提高了LIBS技術(shù)對(duì)于液相基質(zhì)痕量檢測(cè)的靈敏度。

受到液體內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境的影響，LIBS技術(shù)在針對(duì)液體樣品的成分檢測(cè)分析的應(yīng)用受到很大的制約。由中國(guó)海洋大學(xué)光學(xué)光電子實(shí)驗(yàn)室提出了一種由超聲波霧化器件輔助，先將液體霧化成空氣中密集的霧狀小液滴，然后進(jìn)行LIBS檢測(cè)的新方法，并由此實(shí)現(xiàn)了一套檢測(cè)系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)對(duì)溶解有鎂元素的水溶液樣品進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，即使在相對(duì)較低的脈沖能量下，該方法誘導(dǎo)的LIBS信號(hào)仍具有較長(zhǎng)的壽命和較高的信背比。

三、結(jié)論與展望

LIBS作為一種嶄新的元素檢測(cè)技術(shù)，自從第一臺(tái)激光器問世以來，就受到人們的極大關(guān)注，但是該技術(shù)用于對(duì)液體樣品的分析仍然較少，同時(shí)在定量分析

方面與傳統(tǒng)技術(shù)相比還有一定的距離。LIBS技術(shù)能進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)量，但在單個(gè)元素檢測(cè)限方面有待提高。LIBS作為一種相對(duì)安全、可靠的元素檢測(cè)新技術(shù)，現(xiàn)階段已經(jīng)表明了它在環(huán)境檢測(cè)、食品檢測(cè)、材料成分等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了成功運(yùn)用。LIBS技術(shù)所檢測(cè)的樣品包括固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)，雖然在定量分析這方面還存在一些局限性，但隨著各項(xiàng)目組在定量分析原理方面經(jīng)驗(yàn)的積累和改進(jìn)，已經(jīng)取得了較大的進(jìn)展，我們預(yù)知LIBS技術(shù)將在未來的太空、國(guó)防、食品等多個(gè)領(lǐng)域會(huì)有更廣闊的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋超，張亞維，高勛.基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的混合溶液重金屬元素檢測(cè)[J].光譜學(xué)與光譜分析，2017，37（06）：1885-1889.

[2]鄭美蘭.共線雙脈沖LIBS檢測(cè)水中重金屬銅和鎘元素的試驗(yàn)研究[D].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：甘蘭萍（1993—），女，漢族，江西豐城人，碩士研究生在讀，主要研究方向：農(nóng)產(chǎn)品/食品安全品質(zhì)LIBS檢測(cè)。