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激光诱导击穿光谱技术及应用研究进展耐瑚,!:舸餐鎢￡纾瑀沙琇蓿珻危。咿侯冠宇平〈嬷瞘緍吆,,江苏南京;泄蒲г撼ご汗庋Ь芑涤胛锢硌芯克⒐庋Ъ坝τ霉抑氐闶笛槭遥A殖ご甋把砶￡蒕厂癱梗甦垆蓿珻,.:激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱学的元素定性、定量检测手段。本文介绍了技术的原理、应用方式、检测元素种类及检测极限;综述了该项技术在固体、液体、气体组分检测方面的技术发展,以及在环境检测、食品安全、生物医药、材料、军事、太空领域的应用进展。最后,提出了高功率、高稳定的激光光源和准确的定量分析方法是技术目前所面临的问题和挑战。关键词:激光诱导击穿光谱;激光产生等离子体;元素分析;检测限中图分类号:.:.文献标识码:—琖收稿日期:.—;修订日期:旬基金项目:国家自然科学基金面上项目琋;江苏省“六大高峰人才”资助项目唤崭咝S攀蒲Э平ㄉ韫こ套手钅琓畓』薱危幻騨:篶竉西咯血阇悖珽一,以:乱—:..,,琱,琧—簂—;琫;.#疌—
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基本原理引言侯冠宇,等:激光诱导击穿光谱技术及应用研究进展祔,简称际跏抢眉す庹丈浔测物体表面产生等离子体¨。,通过检测等离子体光谱而获取物质成分和浓度的分析技术。相比于传统的光谱分析方法,如原子吸收光谱分析、、电感耦合等离子体素、远距离在线同时检测等优点而被广泛关注,是一种极具应用潜力的分析检测技术。这项技术伴随着激光的发展而产生,上个世纪年代初,热司伞T诨嵋槲恼V惺状翁岢鼋ḿす庾魑原子发射光谱激发源的想法。年,—等人将技术应用于光谱表面分析,随后热。于年将应用于气体分析,同一年,热伺将技术应用于金属探测,随后技术开始被各国科学家广泛研究。在年代初期,技术开始被应用于有毒有害物质的检测。当时可以同时检测分析种不同元素,且不仅在表面也可以在液体溶澳大利亚科学家热司采用技术对铁矿石中的微量成分进行了检测限的研究,为野外探矿现场作业提供了新技术支持。进入世纪,技术有了突飞猛进的发展,超越了学科界限,在多个学科领域被广泛应用,不仅可以检测生物医药,司法鉴定等方面都发挥出巨大的应用潜力。例如美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的热艘弧=獿τ玫蕉孕行堑奶讲庵校恢国科学院热恕Ы杏肔悦河是基于原子的发射光谱学的物质成分与浓度的定性定量分析技术,所以不需要对的样品制备,几乎适用于所有导体和非导体的元解析探测,如果样品表面有污染物质妨碍探测,可以利用激光脉冲持续照射样品表面某一点处,深层次地对样品进行探测,这样可以很有效地排除污染物质对检测准确性的干扰。本文将对技术的原理、应用进展以及所面临的问题和挑战进行详细的总结和回顾。技术的原理是将高强度的激光脉冲聚成自由电子,自由电子在激光的不断作用下又与原子发生碰撞,原子再变成电子,就这样形成雪崩效应,最终产生大量的高温等离子体。随后,激光脉冲停止,等离子体温度开始降低,等离子体中处光的形式辐射出来,这种辐射带有明显的元素特征。因此,通过光谱仪记录和分析辐射的光谱信号即可以对固体、液体和气体样品中的化学元素进行定性和定量分析。品台、光谱仪和计算机组成。常用激光器有光器、:激光器和深紫外激光器¨,激光器主要工作在短脉冲下。典型的激光器性能如的:す馄鳎龀蹇矶仍焦的样品表面产生/墓β拭芏取H聚焦照射到样品台上的样品上,激光作用于样品产生等离子体,辐射出的特征谱线被光谱仪采集激光诱导击穿光谱—.质谱分析,技术具有快速胫泳涂梢缘出结果⒘槊检测限达到~~—、多元液中进行一甏J迹琇际跤辛撕艽蟮进步,并逐步被广泛应用于各个不同的领域中。固体还可以检测液体和气体物质,并且在工业,环境污染检测,食品卫生安全,文物考古,宝石鉴定,和空气预混合气体在较高压力下的当量比进行了定量测量,以此设计和模拟煤油空气超音速燃烧状态。样品预处理,适用于各种形态的样品,不涉及复杂素分析。另外,技术还可以对样品深度剖面焦于样品表面,样品表面因吸收光子的能量而被加热,脉冲不断地打到样品处,汇聚点温度可达℃#湮镏仕布浞⑸诨鹊缱颖于激发态的原子、单重和多重电离的离子以及自由电子在向下跃迁时产生弛豫现象,部分能量以如图荆湫偷腖低秤杉す馄鳌⒀:蚇篩系列固体激光器、准分子激,能够在聚图奔す馄鞣⑸涑黾す饴龀搴螅劢雇妇第
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掣溷蠡盛样品釜豳一¨检测元素种类及检测极限气中国光学..⋯.并传输到计算机上由专业的软件实现数据的保存、光谱的显示,以及元素的定量分析。光谱仪的围能够满足要求,多半的元素发出的谱线都在此范围内。能够实现定量分析的原理主要是根据元素的含量与信号强度成比例关系。如图所示,原子光谱和离子光谱的波长与特定的元素一一对应;光谱信号强度与对应元素的含量具有单脉冲和双脉冲骃