中科院西安光機(jī)所在激光等離子體光譜研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

利用放電輔助可以顯著增強(qiáng)LIBS信號(hào)強(qiáng)度，從而達(dá)到提高分析靈敏度的目的。然而，D-LIBS在放電時(shí)電能消耗過大，同時(shí)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(fèi)和環(huán)境污染相關(guān)問題。這一負(fù)面因素，不僅加大了安全隱患和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，更不利于社會(huì)倡導(dǎo)的節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)要求，進(jìn)而限制了D-LIBS技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。因此，開發(fā)一種“兩低一高”(低環(huán)境危害、低能耗、高分析靈敏度)的D-LIBS技術(shù)仍然是物質(zhì)分析領(lǐng)域中一項(xiàng)難度較大的挑戰(zhàn)。

近日，西安光機(jī)所瞬態(tài)光學(xué)與光子技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室湯潔研究員課題組，聯(lián)合美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室Vassilia Zorba教授團(tuán)隊(duì)，在激光等離子體光譜研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。湯潔研究員課題組與Vassilia Zorba教授團(tuán)隊(duì)合作共同提出一種離子動(dòng)力學(xué)調(diào)制方法，對(duì)克服傳統(tǒng)D-LIBS放電能耗大、安全風(fēng)險(xiǎn)高、環(huán)境危害大等不利因素，同時(shí)提高分析靈敏度具有顯著改善效果。該項(xiàng)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(qiáng)光譜信號(hào)強(qiáng)度的同時(shí)，大幅降低放電能耗。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明：與傳統(tǒng)D-LIBS對(duì)比，該成果對(duì)于非平坦樣品實(shí)現(xiàn)了在維持光譜信號(hào)2個(gè)數(shù)量級(jí)提升情況下，放電能耗降低了約1個(gè)數(shù)量級(jí)。結(jié)合經(jīng)改進(jìn)的小波變換降噪方法，D-LIBS中譜線信噪比、信背比，以及穩(wěn)定性相比原光譜均獲得了顯著提升。微量元素(Mg)的檢出限從近百ppm降低至亞ppm量級(jí)。除此之外，與傳統(tǒng)D-LIBS及其他LIBS增強(qiáng)技術(shù)相比，微量元素(Mg、Si)探測(cè)靈敏度提高近2個(gè)數(shù)量級(jí)。該研究成果不僅有助于推動(dòng)節(jié)能環(huán)保建設(shè)以及D-LIBS的廣泛應(yīng)用，同時(shí)在低燒蝕激光功率密度的極端條件下，為D-LIBS微量或痕量元素定性與定量分析提供了有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

相關(guān)研究成果Large modulation of ion dynamics for discharge-assisted laser-induced breakdown spectroscopy于近日發(fā)表于Cell子刊Cell Reports Physical Science。