激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS）又稱激光誘導(dǎo)等離子體光譜，是一種基于原子發(fā)射光譜法的元素分析技術(shù)，在多元素分析、實時快速原位檢測等方面具有突出優(yōu)勢，并且在痕量物質(zhì)定性定量分析領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。目前該技術(shù)已在深空深海探測、地質(zhì)勘探、生物醫(yī)藥，以及環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但在普遍應(yīng)用中，LIBS技術(shù)面臨信號波動大、光譜強度低、信噪比差、探測靈敏度低等不利因素。瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點實驗室湯潔研究員課題組近年來開展了激光等離子體光譜研究領(lǐng)域的技術(shù)攻關(guān)。

放電輔助增強策略可實現(xiàn)大幅度的激光等離子體光譜增強。然而，D-LIBS在放電時電能消耗過大，同時從交變電壓和電流中產(chǎn)生電磁脈沖，這不可避免地導(dǎo)致能源浪費和環(huán)境污染相關(guān)問題。2023年2月份，瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點實驗室湯潔研究員課題組與Vassilia Zorba教授團(tuán)隊合作共同提出一種離子動力學(xué)調(diào)制方法，對克服傳統(tǒng)放電輔助LIBS技術(shù)（D-LIBS）放電能耗大、安全風(fēng)險高、環(huán)境危害大等不利因素，同時提高分析靈敏度具有顯著改善效果。該項工作借助于這種方法，合理優(yōu)化電極配置，有序調(diào)控放電模式，在有效增強光譜信號強度的同時，大幅降低放電能耗。

然而，這一方法在液態(tài)樣品的探測中受液相對放電過程的干擾導(dǎo)致LIBS信號波動大，影響探測光路甚至無法探測，極大阻礙了放電輔助LIBS（DA-LIBS）在液態(tài)樣品中痕量物種定性或定量分析方面的應(yīng)用。近日，針對放電輔助LIBS在液態(tài)樣品探測中面臨的關(guān)鍵技術(shù)性難題，該團(tuán)隊提出了DA-LIBS結(jié)合濾紙采樣的方法，促進(jìn)等離子體中更多的物質(zhì)被持續(xù)加熱、電離，致使其壽命從幾微秒延長至近百微秒，等離子體光譜強度增加1–2個數(shù)量級，濾紙均勻采樣巧妙克服了液相干擾放電過程及信號穩(wěn)定性差等不利因素，顯著增強激光燒蝕樣品的穩(wěn)定性，等離子體光譜信號穩(wěn)定性得以提升33%。憑借顯著的光譜增強效應(yīng)，痕量Ca、Ba元素檢出限降低至ppb量級（?1ppb=10-9=十億分之一），相比于傳統(tǒng)單脈沖LIBS，檢出限降低近2個數(shù)量級。相比于其他LIBS增強技術(shù)（如雙脈沖LIBS），該方法不僅享有同等高水平的探測靈敏度，還具備低成本、低能耗、裝置簡易等優(yōu)勢，將在環(huán)境與生態(tài)廢油污染監(jiān)測中，對污染物質(zhì)的溯源，以及預(yù)防措施的制定，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力和價值。

圖片來源于中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所

該項研究成果發(fā)表于分析化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊 Analytical Chemistry（Nature Index 收錄，IF：8.0）。