激光诱导击穿光谱技术在环境监测中的应用综述

激光诱导击穿光谱技术具有可以实现多种元素同时测量、可以实现原位/在线测量、可以对气体、液体、固体及气溶胶等多种物质进行测量等优点,被用于空气、水、土壤等环境监测的各个领域。针对不同的检测对象,从样品准备、实验设计、数据处理、应用结果等4个方面介绍了近年国内外的研究进展。概述了激光诱导击穿光谱技术在环境监测领域中的应用现状和发展前景。     

土壤钾元素的激光诱导击穿光谱定量检测分析

实现土壤中钾元素含量的快速、现场测量对农田施肥与农业生产管理具有重要意义。利用波长为1064nm的Nd…YAG脉冲激光器作为激发光源,以宽光谱范围、高分辨率的中阶梯光栅光谱仪和高灵敏度的增强型电荷耦合器件(ICCD)作为光谱分光和检测器件,研究土壤中钾元素的激光诱导击穿光谱特性。实验中以钾元素的769.90nm谱线作为分析线,确定探测最佳延时为1μs,最佳检测门宽为5.2μs,钾元素质量分数的检测限为0.006858%,得到土壤样品定标曲线,且预测值与真实值相对误差小于5%。通过对12种不同基体类型的标准土样进行检测分析,结果表明,在实际的定量检测中需针对不同基体类型土壤样品进行分别标定。该研究结果为土壤钾元素的快速、现场定量检测提供了参考。     

激光诱导击穿光谱技术在太空探测中的应用

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种新型的元素分析技术,具有灵敏度高、快速、可多元素同时测量并可非接触遥测等优点,非常适合针对空间其他星球的空间遥测。搭建了一套激光诱导击穿光谱实验装置,并通过配置特定样品,开展了一系列LIBS探测实验。根据含有不同浓度的同种元素样品的LIBS实验结果,获得元素浓度与谱线强度的关系曲线(定标曲线)。对中南民族大学附近的土壤进行了LIBS实验,发现土壤中含有Mg、Ca、Na等18种元素,对河南云台山茱萸峰岩石的LIBS实验结果仅获得Fe、Mg、Ca3种金属元素。比较这两种实际样品的LIBS实验结果表明,检测样品的物理结构对LIBS的实验结果有一定影响。     

激光诱导击穿光谱在液体样品分析中的应用

介绍了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的原理,重点讨论了该技术在液体样品方面的技术发展和应用,分析并比较了选取不同样品形式(液体内部、液体表面、液体喷流、液滴以及将液体转化为固体等)的优劣,指出提高元素检测限的关键。液体LIBS技术因其可在线、快速检测等优点,在环境检测、污水处理、生物医药、工业控制等诸多方面具有巨大的应用潜力。     

激光诱导击穿光谱在生物医学中的应用

概述了激光诱导击穿光谱技术的发展历史及其基本原理,给出了激光诱导击穿光谱技术分类及其应用领域,并对该技术在生物医学领域中的应用及最新进展进行了详细的阐述,最后通过对研究结果进行分析,得出结论:激光诱导击穿光谱在生物医学这一领域中正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣,具有重要的应用价值和发展前景。     

激光诱导击穿光谱技术在生物医学中的研究进展

生物体内元素的微小变化可以直接影响生物的代谢和生理过程。快速、精准的生物体内元素定性定量分析,是新陈代谢检测以及临床疾病诊断中不可或缺的部分。随着医学检测技术的不断发展和临床需求的不断增加,寻找一种更新、更快、适应性更强的临床分析和诊断技术成为当前的研究热点。在生物医学研究中,激光诱导击穿光谱（LIBS）技术凭借着快速、实时、多元素同步检测的优势,在血液、病理组织检测和元素分布成像等方面展现出了极大的应用价值。本综述回顾了近年来LIBS技术在生物医学应用中的研究状况和最新进展,基于目前的研究状况,评估了LIBS技术在血液检测、生物组织分析、元素成像应用领域的挑战和机遇,还为进一步促进LIBS技术在生物医学领域的应用提供了建议。     

激光诱导击穿光谱技术测定土壤中元素Cr和Pb

为了检验激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测能力,采用Nd:YAG激光器在优化实验条件下激发产生土壤等离子体,通过等离子体原子发射光谱法定量分析了国家标准土壤样品中元素Cr和Pb。实验中绘制了以Fe原子谱线为内标、分析谱线背景为内标以及没有内标的3种情况下的元素定标曲线,并确定了方法的精密度和检出限。结果表明,3种情况下分析元素Cr的相对标准偏差分别为5.85%、26.48%和33.10%,元素Pb的相对标准偏差分别为5.42%、22.78%和38.66%,证明采用内标法可以明显提高测量精度。用Fe谱线为内标时得到的元素Cr和Pb的相对检出限分别为3.5010-3%和57.9010-3%,满足微量元素分析要求。     

激光诱导击穿光谱技术测定土壤中元素Cr和Pb

为了提高激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测水平,在实验中加入了平面反射镜装置约束激光等离子体。用Nd:YAG纳秒脉冲激光激发产生土壤等离子体发射光谱,测量绘制了元素的定标曲线,定量分析了土壤样品中重金属元素Cr和Pb,并与不加入平面反射镜装置条件下的检测结果进行比较。计算表明,实验中加入平面反射镜装置以后,元素Cr和Pb的测量结果的相对标准偏差与无平面反射镜装置时的相比较,分别从5.22%和8.12%降低到了3.43%和3.94%;而元素分析检出限分别由4.13×10-3%和62.54×10-3%降低到2.61×10-3%和44.22×10-3%。可见,利用平面反射镜装置能够明显提高激光诱导击穿光谱技术的测量精度。     

土壤中铅元素的激光诱导击穿光谱测量分析

利用Nd∶YAG脉冲激光器(波长:1064 nm)作光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件,测量并分析土壤中铅元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)特性。以铅的(Pb:405.78 nm)特征谱线作为分析线,测定不同铅浓度下的特征谱线强度。结果表明铅的质量分数在40×10-6~1350×10-6范围内,谱线强度随浓度的增加而增加。给出铅元素的定标曲线,并计算得到铅元素的检测限约为25.82×10-6质量分数。LIBS测量值与X射线荧光光谱(XRF)测量值的相对误差最大值为8%。     

土壤中Cd元素的激光击穿光谱检测研究

采用激光击穿光谱(LIBS)技术对土壤中的Cd元素进行了定性和定量的研究,对相关的实验参数进行了系统研究,得出聚焦透镜焦点在样品表面内2mm,累计次数为20次时,可以得到很好的实验效果与谱线强度。对样品表面通入保护气体氩气,发现在通氩气的情况下,光谱强度明显强于未通氩气时,相对标准偏差减小,稳定性得到提高。通过调整好的实验参数进行实验得到了Cd的定标曲线,其线性拟合度R=0.99155,检测限为59μg/g。这些实验结果为土壤中重金属元素实时在线检测设备的研发提供了依据。     

基于激光诱导击穿光谱的钢液成分在线监视

基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对钢液中的Cr,Si和Mn 3种元素成分进行浓度在线监视。实验采用中频感应炉熔炼钢材,并在熔炼过程中添加一定量的添加料调整成分。采用研发的SIA-LIBS-02实验系统对炉中的钢液进行直接测量,研究了钢液温度和元素浓度对谱线强度的影响。结果表明,钢液温度对元素特征谱强影响严重,而且不同元素的谱强随温度变化不同,钢液中微量元素的检出能力要高于常温固态钢样;采用相对谱线强度能够补偿在线测量过程中的动态干扰,在保持钢液温度一致的情况下,能够成功在线监视钢液中Cr,Si和Mn元素的浓度变化。     

激光诱导击穿光谱对蕹菜中Pb元素定量分析研究

果蔬重金属污染日趋严重,急需发展一种绿色快速无损检测技术。激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种新兴的快速检测技术,为了验证LIBS检测蔬菜中重金属含量的可行性,以新鲜蕹菜为样品,应用共轴双脉冲LIBS对比分析了有无Pb污染的蕹菜菜叶的特征光谱。实验选取铅405.78 nm处的特征谱线作为分析谱线,对7个样品的发射光谱进行研究,并得到了铅元素真实浓度与其LIBS强度拟合曲线,相关系数为0.9857。定标模型浓度预测的相对误差在0.928%~15.05%之间,平均为8.31%,而高浓度污染的测量相对误差均低于3%。试验结果表明,LIBS用于定量分析蕹菜中重金属元素含量是可行的。     

激光诱导击穿光谱技术研究进展

激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）技术是一种基于原子发射光谱的物质成分分析技术,具有无需样品预处理、快速、多元素同时测量等特点;国内外研究人员在环境监测、工业过程控制、空间探测等多个领域均开展了大量研究工作,已形成较为完善的理论方法体系;在技术设备开发方面虽取得一定进展,但也存在诸多技术应用难题。综述了现阶段LIBS技术主要研究进展,重点包括光谱获取技术、光谱增强方法、元素识别, 及定量分析方法等,分析了LIBS仪器开发现状与存在的问题,为进一步发展LIBS技术的实用化提供参考。     

蚊香元素成分的LIBS检测分析

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一项很有前景的元素分析技术,具有原位测量、远程监控等优势,而对蚊香样品的LIBS检测应用是一项较新的课题。为将LIBS技术实际应用于环境监测领域,实验中利用时间分辨的激光诱导击穿光谱技术对蚊香样品的激光等离子体光谱进行了测量和分析,确定出蚊香中Al、Mn、Mg、Sr、Zn、Ba、Na、Ca、Fe、Si和H的11种元素成分;基于等离子体局域热动力学平衡模型,计算了等离子体温度。利用自由定标分析方法计算了上述元素的相对含量。实验结果表明激光诱导击穿光谱技术可以用于有害元素的快捷有效检测。     

石墨富集方式下水中痕量元素铅的激光诱导击穿光谱测量

利用中心波长为1064nm的Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为谱线分离与探测器件,在石墨富集的方式下测量并分析了水中铅元素的激光诱导击穿光谱特性。实验中以铅的405.78nm特征谱线作为分析线,研究了水中铅元素的时间衰减特性,确定了最佳延迟测量时间为900ns,门控测量宽度为1600ns,通过对不同浓度的含铅样品进行测量,给出了铅元素的标定曲线,并计算得到铅元素质量浓度的检测限约为0.0665mg/L。以碳为内标元素有效地消除光谱不稳定性对分析结果的影响,提高了被分析元素的检测限和稳定性。