Gennembrud for laser-induceret nedbrydningsspektroskopi

Laser-induceret nedbrydningsspektroskopi (LIBS) er et hurtigt kemisk analyseværktøj. En kraftig laserpuls fokuseres på en prøve for at skabe et mikroplasma. De elementære eller molekylære emissionsspektre fra det mikroplasma kan bruges til at bestemme prøvens elementære sammensætning.

Sammenlignet med mere traditionel teknologi, som atomabsorptionsspektroskopi og induktivt koblet plasma optisk emissionsspektroskopi (ICP-OES), LIBS har nogle unikke fordele:ingen prøveforbehandling, samtidig multi-element detektion, og kontaktløse målinger i realtid. Disse fordele gør den velegnet til praktisk analyse af faste stoffer, gasser, og væsker.

Traditionelle LIBS og extensions

Traditionelle LIBS-systemer baseret på en nanosekund-pulslaser (ns-LIBS) har nogle ulemper på grund af lasereffektintensitet, lang puls varighed, og plasmaafskærmningseffekten. Disse problemer påvirker dens reproducerbarhed og signal-til-støj-forhold negativt. Femtosekund LIBS (fs-LIBS) kan udelukke plasmaafskærmningseffekten, da den ultrakorte pulsvarighed begrænser interaktionstiden mellem laser og stof. Femtosekundpulsen har en høj effekttæthed, så materialer effektivt kan ioniseres og dissocieres, hvilket fører til et højere signal-til-baggrundsforhold og mere præcis spektral opløsning.

Filament-induceret nedbrydningsspektroskopi (FIBS) kombinerer LIBS-teknikken med en femtosekund laserfilament. Et enkelt laserfilament er resultatet af samspillet mellem Kerr-selvfokuserings- og plasmadefokuseringsmekanismerne, der er til stede i udbredelsen af ​​en ultrakort, højintensitetsstråle i et gennemsigtigt medium, såsom atmosfærisk luft. Femtosekund laserfilamentet producerer en lang og stabil laserplasmakanal, som garanterer stabiliteten af ​​lasereffekttætheden og kan forbedre målestabiliteten. Imidlertid, kraften og elektrontætheden mættes, når laserenergien stiger. Dette er kendt som laserintensitetsspændeeffekt, og det begrænser detektionsfølsomheden af ​​FIBS.

Plasma rist

Heldigvis, laserintensitetens fastspændingseffekt kan overvindes gennem et plasmagitter induceret af den ikke-lineære interaktion mellem flere femtosekundfilamenter. Elektrondensiteten i plasmagitteret har vist sig at være en størrelsesorden højere end i et filament.

Baseret på den indsigt, forskere under ledelse af Heping Zeng ved East China Normal University i Shanghai demonstrerede for nylig en ny teknik:plasma-gitter-induceret nedbrydningsspektroskopi (GIBS). GIBS kan effektivt overvinde ulemperne ved ns-LIBS, fs-LIBS, og FIBS. Med GIBS, signalintensiteten øges mere end tre gange, og levetiden for plasma induceret af plasmagitter er omtrent det dobbelte af den, der opnås af FIBS med den samme initiale puls. Kvantitativ analyse er mulig på grund af fraværet af plasmaafskærmningseffekter, den høje magt, og elektrontætheden af ​​femtosekund plasmagitter.

Zeng bemærker, at GIBS-teknikken kunne være et lovende værktøj til at opdage prøver, der er svære at smelte, ionisere, eller adskille, og kan også tjene til prøver med komplekse matricer.