化学元素分析之星“激光诱导击穿光谱”的机遇与挑战
激光诱导击穿光谱(LIBS)的原理是将高能激光脉冲聚焦到样品表面产生等离子体，通过光谱来分析自发光等离子体的发射谱线，从而推断出样品元素组成。LIBS与其他传统分析方法(例如，X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、质谱分析法等)相比，LIBS具有许多优势，包括可以检测多状态的样品(气体、液体和固体)、同时进行多元素分析、几乎无损检测、站开(stand-off)检测、无需任何样品预处理和快速原位在线分析等。自从上世纪60年代提出以来，LIBS已经在工业、农业、地质、艺术、医学、海洋、火星探测、聚变和核安全等领域广泛应用，被认为是元素分析的“未来之星”。 目前，LIBS面临的主要挑战是：定量分析精度及稳定性方面与电感耦合等离子体原子发射光谱法相比，还有一定的差距，其原因主要有两点：1.LIBS光谱受基质效应的影响而电感耦合等离子体原子发射光谱没有基质效应;2. LIBS光谱信号来自于时空变化的等离子体而电感耦合等离子体原子发射光谱来自于稳态等离子体源。基质效应引起LIBS分析精度的误差以及瞬态等离子体参数的变化影响LIBS的稳定性和分析精度的误差，必须在其硬件探测端进行消除或在算法软件端补偿。目前，国内外已有一些课题组提出了几种方法，包括空间约束，磁场约束，直流放电约束，微波放电约束，(短+长)脉冲约束等改善等离子体稳定性，提高等离子体参数品质，优化LIBS光谱稳定性及信号强度;基底材料的组成、硬度、导电性、温度等物性如何影响对LIBS 的分析精度及稳定性很可能成为未来热点研究课题;在算法方面，基于局域热力学平衡假设的CF-LIBS，OPCF-LIBS 及等离子体自吸收的唯象补偿算法也已经被提出，并展示出乐观前景。我相信，随着这些限约LIBS的基本问题的解决,激光诱导击穿光谱或将成为名副其实的化学元素分析明星，详细情况将在会议上进一步讨论。
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2020-06-02
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