激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展

侯冠宇，王 平*，佟存柱

（1.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇南京210037；2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗室，吉林長春130033）

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展

侯冠宇1，王 平1*，佟存柱2

（1.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇南京210037；2.中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所發(fā)光學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗室，吉林長春130033）

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)是一種基于原子發(fā)射光譜學(xué)的元素定性、定量檢測手段。本文介紹了LIBS技術(shù)的原理、應(yīng)用方式、檢測元素種類及檢測極限；綜述了該項技術(shù)在固體、液體、氣體組分檢測方面的技術(shù)發(fā)展，以及在環(huán)境檢測、食品安全、生物醫(yī)藥、材料、軍事、太空領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展。最后，提出了高功率、高穩(wěn)定的激光光源和準(zhǔn)確的定量分析方法是LIBS技術(shù)目前所面臨的問題和挑戰(zhàn)。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜；激光產(chǎn)生等離子體；元素分析；檢測限

1 引 言

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，簡稱LIBS）技術(shù)是利用激光照射被測物體表面產(chǎn)生等離子體［1-2］，通過檢測等離子體光譜而獲取物質(zhì)成分和濃度的分析技術(shù)。相比于傳統(tǒng)的光譜分析方法，如原子吸收光譜分析、電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜、電感耦合等離子體-質(zhì)譜分析，LIBS技術(shù)具有快速（數(shù)秒鐘就可以得出結(jié)果）、靈敏（檢測限達(dá)到10-6～10-12）、多元素、遠(yuǎn)距離在線同時檢測等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注，是一種極具應(yīng)用潛力的分析檢測技術(shù)。這項技術(shù)伴隨著激光的發(fā)展而產(chǎn)生，上個世紀(jì)60年代初，F(xiàn). Brech等人［3］在會議文摘中首次提出將激光作為原子發(fā)射光譜激發(fā)源的想法。1963年，Debras-Guedon等人［4］將LIBS技術(shù)應(yīng)用于光譜表面分析，隨后Maker等人［5］于1964年將LIBS應(yīng)用于氣體分析，同一年，Runge等人［6］將LIBS技術(shù)應(yīng)用于金屬探測，隨后LIBS技術(shù)開始被各國科學(xué)家廣泛研究。在80年代初期，LIBS技術(shù)開始被應(yīng)用于有毒有害物質(zhì)的檢測。當(dāng)時可以同時檢測分析10種不同元素，且不僅在表面也可以在液體溶液中進(jìn)行［7］。90年代開始，LIBS技術(shù)有了很大的進(jìn)步，并逐步被廣泛應(yīng)用于各個不同的領(lǐng)域中。澳大利亞科學(xué)家Grant等人［8］采用LIBS技術(shù)對鐵礦石中的微量成分進(jìn)行了檢測限的研究，為野外探礦現(xiàn)場作業(yè)提供了新技術(shù)支持。進(jìn)入21世紀(jì)，LIBS技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，超越了學(xué)科界限，在多個學(xué)科領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，不僅可以檢測固體還可以檢測液體和氣體物質(zhì)，并且在工業(yè)，環(huán)境污染檢測，食品衛(wèi)生安全，文物考古，寶石鑒定，生物醫(yī)藥，司法鑒定等方面都發(fā)揮出巨大的應(yīng)用潛力。例如美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室的A. Knigh等人［9］將LIBS應(yīng)用到對行星的探測中；中國科學(xué)院Zhang Shaohua等人［10］用LIBS對煤油和空氣預(yù)混合氣體在較高壓力下的當(dāng)量比進(jìn)行了定量測量，以此設(shè)計和模擬煤油空氣超音速燃燒狀態(tài)。

LIBS是基于原子的發(fā)射光譜學(xué)的物質(zhì)成分與濃度的定性定量分析技術(shù)，所以LIBS不需要對樣品預(yù)處理，適用于各種形態(tài)的樣品，不涉及復(fù)雜的樣品制備，幾乎適用于所有導(dǎo)體和非導(dǎo)體的元素分析。另外，LIBS技術(shù)還可以對樣品深度剖面解析探測，如果樣品表面有污染物質(zhì)妨礙探測，LIBS可以利用激光脈沖持續(xù)照射樣品表面某一點(diǎn)處，深層次地對樣品進(jìn)行探測，這樣可以很有效地排除污染物質(zhì)對檢測準(zhǔn)確性的干擾。本文將對LIBS技術(shù)的原理、應(yīng)用進(jìn)展以及所面臨的問題和挑戰(zhàn)進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)和回顧。

2 LIBS基本原理

2.1 基本原理

LIBS技術(shù)的原理是將高強(qiáng)度的激光脈沖聚焦于樣品表面，樣品表面因吸收光子的能量而被加熱，脈沖不斷地打到樣品處，匯聚點(diǎn)溫度可達(dá)104～107℃［11］，其物質(zhì)瞬間發(fā)生融化，熱電子變成自由電子，自由電子在激光的不斷作用下又與原子發(fā)生碰撞，原子再變成電子，就這樣形成雪崩效應(yīng)，最終產(chǎn)生大量的高溫等離子體。隨后，激光脈沖停止，等離子體溫度開始降低，等離子體中處于激發(fā)態(tài)的原子、單重和多重電離的離子以及自由電子在向下躍遷時產(chǎn)生弛豫現(xiàn)象，部分能量以光的形式輻射出來，這種輻射帶有明顯的元素特征。因此，通過光譜儀記錄和分析輻射的光譜信號即可以對固體、液體和氣體樣品中的化學(xué)元素進(jìn)行定性和定量分析。

如圖1所示，典型的LIBS系統(tǒng)由激光器、樣品臺（室）、光譜儀和計算機(jī)組成。常用激光器有Nd∶YAG和Nd∶YLF系列固體激光器、準(zhǔn)分子激光器、CO2激光器和深紫外激光器［12］，激光器主要工作在短脈沖下。典型的激光器性能如1 064 nm的Nd∶YAG激光器，脈沖寬度在10 ns，能夠在聚焦的樣品表面產(chǎn)生1 GW/cm2的功率密度。如圖1，當(dāng)激光器發(fā)射出激光脈沖后，經(jīng)過聚焦透鏡聚焦照射到樣品臺上的樣品上，激光作用于樣品產(chǎn)生等離子體，輻射出的特征譜線被光譜儀采集并傳輸?shù)接嬎銠C(jī)上由專業(yè)的軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、光譜的顯示，以及元素的定量分析。光譜儀的工作光譜為170～1 100 nm，CCD探測的響應(yīng)范圍能夠滿足要求，多半的元素發(fā)出的譜線都在此范圍內(nèi)。LIBS能夠?qū)崿F(xiàn)定量分析的原理主要是根據(jù)元素的含量與信號強(qiáng)度成比例關(guān)系。如圖2所示，原子光譜和離子光譜的波長與特定的元素一一對應(yīng)；光譜信號強(qiáng)度與對應(yīng)元素的含量具有一定的定量關(guān)系［13］。

圖1 LIBS實(shí)驗裝置圖［14］Fig.1 Schematic diagram of LIBS system［14］

圖2 元素與光譜波長關(guān)系［13］Fig.2 Relation between wavelength and elements［13］

2.2 單脈沖和雙脈沖LIBS技術(shù)

LIBS在技術(shù)應(yīng)用方式上又分為單脈沖和雙脈沖。單脈沖技術(shù)只需要對單一等離子體光譜檢測分析，其原理是利用單脈沖（單脈沖能量通常在幾十到幾百mJ）照射聚焦樣品，使樣品氣化蒸發(fā)，通過產(chǎn)生的等離子體發(fā)射出來的光譜對物質(zhì)進(jìn)行檢測分析。單脈沖LIBS對樣品破壞性小，檢測更加迅速靈敏。所以單脈沖LIBS更加適合用于有特殊要求的場合，如文物和法醫(yī)鑒定等，近些年成為國際上LIBS檢測技術(shù)熱點(diǎn)方向。單脈沖LIBS面臨的最大的問題是譜線強(qiáng)度的可重復(fù)性，因為對于單脈沖照射而言，多種因素都可能對實(shí)驗的結(jié)果有影響［15］。

相比于單脈沖LIBS，雙脈沖LIBS技術(shù)在元素檢出限、檢測靈敏度、譜線強(qiáng)度和減少測量結(jié)果偏差等方面都有很好提高，研究人員已經(jīng)開展了對不同分析對象（固態(tài)，氣體，液態(tài)）的應(yīng)用研究，并通過深入的分析來提高其檢測靈敏度和精度。例如A.Bogaerts等人對其建模進(jìn)行了深入的研究［16］，F(xiàn).Colao等人對單雙LIBS在鋁樣品上的表現(xiàn)進(jìn)行實(shí)驗研究［17］。雙脈沖LIBS比單脈沖LIBS在檢出限方面有1～2個數(shù)量級的提高，并具有更小的譜線增寬和譜線位移［17］。雙脈沖LIBS原理大致是通過激光器先發(fā)射一個脈沖于樣品表面，使樣品被灼燒氣化蒸發(fā)產(chǎn)生等離子體，在其膨脹冷卻后用第二個激光脈沖打到等離子體上對其再度激發(fā)，通過探測第二個激光誘導(dǎo)的等離子體輻射譜線來分析檢測元素物質(zhì)。雙脈沖一般以共線與正交方式入射到樣品表面。雙脈沖LIBS面臨的主問題是其受周圍環(huán)境和檢測元素本身影響而有所變化，例如譜線強(qiáng)度的增加和元素本身性質(zhì)還有環(huán)境變化有關(guān)，激光的兩個光束位置，脈沖時間間隔等都會影響檢測結(jié)果和精度。

3 LIBS檢測元素種類及檢測極限

LIBS技術(shù)可以檢測多達(dá)70種元素，根據(jù)每種元素的特征譜線不同，可以定量地探測出樣品中元素含量濃度。目前，針對LIBS應(yīng)用于不同的領(lǐng)域中探測不同元素的濃度和檢出限問題，已有大量的實(shí)驗和文章在不斷地更新發(fā)表，LIBS技術(shù)對元素的檢測已成為人們比較關(guān)心的一個熱點(diǎn)問題，LIBS對不同形態(tài)中物質(zhì)元素的檢出限已直接影響了它應(yīng)用的范圍和深度。但是LIBS技術(shù)在不斷改進(jìn)和更新，通過與其他技術(shù)的結(jié)合并用，LIBS的精度與廣度也在不斷提升。因此，本文根據(jù)收集的資料整理出來了元素檢測限和特征峰，如表1所示。

表1 部分元素LIBS譜特征峰和檢測極限Tab.1 Characteristic wavelengths and detection lim its using LIBS for different elements

選擇元素特征譜線的難點(diǎn)是特定元素譜線會與其他元素譜線重疊，從而對離子譜線強(qiáng)度的定量分析產(chǎn)生干擾。另外，受自吸收效應(yīng)影響，元素的離子譜線強(qiáng)度和元素的濃度之間并不是純線性關(guān)系。太強(qiáng)的譜線會發(fā)生飽和現(xiàn)象使得濃度無法顯示，太弱的發(fā)射譜線會使靈敏度降低，導(dǎo)致檢測精度發(fā)生問題。因此，解決這些問題是特別值得研究者關(guān)注的。

4 LIBS對固、液、氣樣品的檢測

4.1 固 相

LIBS技術(shù)在固相中的研究要比液相或者氣相更加豐富和深入。大量的文獻(xiàn)多見于對土壤、合金等固相物質(zhì)中的元素檢測分析。例如LIBS對鋼中Mn和Cr的定量分析［29］，使用的LIBS系統(tǒng)包括典型的調(diào)Q Nd∶YAG激光器和ME5000光柵光譜儀，Q Nd∶YAG激光器工作波長為1 064 nm，脈沖能量50 mJ可調(diào)，工作頻率0.1～20 Hz。對土壤中鉛的檢測系統(tǒng)［30］大致相同，脈沖能量為180 m J，ICCD像素為1 024×1 024，工作光譜為185～850 nm。采用LIBS技術(shù)研究土壤污染不需要復(fù)雜的樣品制備，可以靈活快速地對樣品進(jìn)行檢測定量分析。不受地域地形限制，可時時現(xiàn)場檢測，大大提高結(jié)果的真實(shí)程度。因此，使用LIBS比用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法檢測土壤中痕量元素要方便得多。

4.2 液 相

目前國內(nèi)對于LIBS液相檢測的研究相對較少，尤其在對物質(zhì)組成和濃度的研究上更是不多見。相對來說，國外在這方面做了比較多的工作，例如，S.Koch等人［31］利用單脈沖LIBS對溶液中的Cr進(jìn)行檢測分析，在130 mJ時得到Cr檢測限為2×10-4。C.Janzen等人［32］研發(fā)了基于LIBS技術(shù)的高壓液相色譜法，可以一次測得31種元素。通過LIBS的快速，無需采樣的檢測特點(diǎn)，可以使液相檢測得到很大的提高，尤其是對于環(huán)境污染監(jiān)測有很好的應(yīng)用前景。圖3是LIBS對不同濃度含Cu溶液在324.75 nm波長檢測的特征譜線圖。從圖中可以看到譜線的強(qiáng)度可以反映出溶液中Cu離子的含量差異。T.Hussain等人［33］研究了一種防止激光照射水面時濺射的小隔室，通過LIBS方法對日常污水中有毒物質(zhì)進(jìn)行了測定。相對于固體來說，LIBS在液體中的應(yīng)用有一些自身的問題。由于受到水體壓力、激波、濺射、自吸收因素的影響，信號強(qiáng)度減弱且不穩(wěn)定。面對這些問題研究者做了很多工作來提高LIBS對液體的檢測精度。王傳輝等人［34］通過總結(jié)前人的經(jīng)驗，優(yōu)化實(shí)驗條件，系統(tǒng)地研究了溶液中Al原子LIBS信號的時間演化特性、激光能量對光譜信號的影響，得到了更低激光能量激發(fā)下的LIBS信號，降低了實(shí)驗對激光性能的要求。

圖3 不同濃度含Cu溶液的324.75 nm特征譜［32］Fig.3 Shape of the Cu I 324.75 nm line at the different concentrations［32］

4.3 氣 相

工業(yè)發(fā)展導(dǎo)致的環(huán)境問題日益凸顯，工廠排放的煙氣一般溫度較高，重金屬含量高，成分復(fù)雜，分布不均勻，同時煙氣自身不穩(wěn)定，極易發(fā)生變化等給檢測帶來了比較大的難度。激光拉曼光譜法、吸收熒光法、激光拉曼散射法［35］等雖然可以檢測氣體分子，但是需要較長的富集時間，靈敏度低、不能同時多元素檢測。這時就需要一個可以同時在線多元素、快速靈敏的檢測方法。LIBS正是集這些優(yōu)點(diǎn)于一身，在不利地形中遠(yuǎn)距離在線檢測氣體污染物質(zhì)方面有很好的優(yōu)勢，不需要復(fù)雜的取樣采集，檢測結(jié)果迅速。檢測的方法有兩種，一種是把激光聚焦到富集過濾器上，這種方法可以檢測氣溶膠中濃度較低的物質(zhì)；另一種方法是直接將激光聚焦在氣溶膠上對其檢測，相比于前者其有較高的檢測限。如圖4和5，利用直接法G.Gallou等人實(shí)驗檢測到CuSO4在其實(shí)驗空氣中的微粒最小濃度15μg/m3［36］。LIBS對氣相中元素的檢測目前存在的主要問題是信號差、不穩(wěn)定，采集效率低，干擾因素影響大等。

圖4 LIBS直接法測量大氣中CuSO4微粒濃度［36］Fig.4 LIBS experimental setup for direct analysis of the concentration of CuSO4particles［36］

圖5 富集CuSO4顆粒的大氣過濾器顯微圖片［36］Fig.5 MEB picture of a filter（QM-H，Whatman）enriched with CuSO4·5H2O particles（Cs= 3.1μg/cm2）［36］

5 LIBS技術(shù)應(yīng)用

（1）環(huán)境檢測

由于近幾十年的工業(yè)發(fā)展，城市建設(shè)等因素導(dǎo)致環(huán)境污染日益嚴(yán)重，尤其是重金屬污染、水體富營養(yǎng)化等越來越引起人們的重視。這就迫切需要一種快速、原位、遠(yuǎn)距離、無需制樣的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對環(huán)境污染物質(zhì)的檢測和監(jiān)測。LIBS可以滿足上述要求，故被越來越多地應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。同時LIBS可以檢測分析任何形態(tài)的物質(zhì)元素（液體，氣體，固體），在對水體污染，危險有害廢物，氣體氣溶膠污染物質(zhì)的檢測分析，定量計算等方面都有很廣闊的應(yīng)用前景。V.Lazic等人［37］用實(shí)驗研究了使用LIBS技術(shù)來對水體的沉積物檢測分析的可行性，通過對光譜的選擇，對實(shí)驗條件的優(yōu)化，定量分析方法的確定等證明了LIBS可以對沉積物組成中的微量元素檢測分析。S.B. Mirov等人［11］用LIBS和原子光譜法對樣品中Al、Cd、Cu、Fe、Pb、Zn、Cr元素進(jìn)行分析檢測得出，LIBS可以很好地檢測出樣品中微量元素，對Cu和Cr元素的檢測限甚至可以達(dá)到10×10-8。圖6顯示重金屬Cd的LIBS信號強(qiáng)度與濃度成比例，這是實(shí)現(xiàn)定量分析的根據(jù)。在對氣溶膠污染物質(zhì)的檢測方面，Beddows和Dixon等人［38-39］的研究結(jié)果表明，LIBS可以應(yīng)用到單分子生物氣溶膠的檢測中，并且在富含金屬元素的氣溶膠中的在線檢測有良好的前景。在土壤重金屬污染檢測方面，李勇等人［30］用LIBS技術(shù)對土壤中的Pb元素進(jìn)行了快速檢測，通過實(shí)驗數(shù)據(jù)建立光譜定標(biāo)曲線，得到最低檢測限89μg/g，從而驗證了LIBS可以用于土壤中重金屬元素含量的精確檢測。

圖6 重金屬Cd濃度與特征譜線（228.8022 nm）強(qiáng)度關(guān)系［11］Fig.6 LIBS intensity corresponding to Cd line at 228.8022 nm vs.Cd concentration

（2）食品安全和營養(yǎng)學(xué)

在食品安全和營養(yǎng)學(xué)方面，張大成等人［40］利用LIBS技術(shù)對水果樣品里的微量元素進(jìn)行了檢測研究，運(yùn)用統(tǒng)計學(xué)方法分析比較了3種水果中的Ca、Na、K、Fe、Al、Mn等6種元素的含量差別。華南理工大學(xué)盧偉業(yè)等人［41］對復(fù)合肥中N、P和K元素含量的同步測量發(fā)現(xiàn)待測結(jié)果的平均相對誤差小于8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于7%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，檢測極限值分別為0.16%，0.21%和0.50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從實(shí)驗上證明了LIBS技術(shù)具有同步、快速、準(zhǔn)確測量復(fù)合肥中三大營養(yǎng)元素的能力。Rai等人［42］用LIBS技術(shù)對苦瓜中的抗血糖痕量元素進(jìn)行了定量檢測。

（3）生物醫(yī)藥

生物體是由各種元素組成的，據(jù)統(tǒng)計至少有40種化學(xué)元素存在于活的生物體中，每種元素都有其存在的作用，當(dāng)人體缺少某種元素可能就會引起與其相關(guān)的疾病。LIBS結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)可以針對每一種病例樣品進(jìn)行鑒定，為醫(yī)學(xué)治療提供有用的信息。Matthieu等人［43］通過對大腸埃希氏菌光譜分析，記錄下多達(dá)100條譜線，為細(xì)胞的檢測識別提供了豐富實(shí)用的數(shù)據(jù)。Samek等人［44］用LIBS檢測了人體中的主要礦物質(zhì)和毒素，驗證了LIBS可以用于生物醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域。Michela等［45］通過對頭發(fā)組織中的元素檢測鑒定人體是否攝入有毒物質(zhì)，這為司法鑒定提供新的途徑。美國的Kumar等人用LIBS方法檢測分析了惡性組織，并發(fā)現(xiàn)正常組織和惡性組織的金屬含量不同［46］。吳金泉等對藏藥70味珍珠丸藥物成分檢測定性研究，通過采集的光譜圖分析得到該藏藥中含有Mg、Ca、Na、Fe、Al、Si、K、Li、Hg、Pb、Au等10種元素［47］。

（4）材料分析

LIBS技術(shù)幾乎可以對所有元素在不同形態(tài)下檢測，所以在材料分析領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。陸運(yùn)章等［48］用LIBS技術(shù)對不銹鋼中的金屬元素進(jìn)行檢測定量分析。Death等人應(yīng)用主成分分析方法對鐵礦石樣品的成分進(jìn)行分析，并建立模型［49］。W.Tawfik等人［50］用便攜式LIBS對鋁合金6種痕量元素進(jìn)行檢測分析，得出了比其他研究成果要好的檢出限。

（5）軍事和太空領(lǐng)域

得益于LIBS的遠(yuǎn)距離、在線、快速檢測等特性，其在軍事領(lǐng)域也有發(fā)展的立足點(diǎn)。在危險爆炸物的檢測方面，塑料地雷是一種較難探測到的危險爆炸物。美國Harmon等人［51］利用寬帶LIBS譜對塑料地雷進(jìn)行了探測研究，證明利用LIBS譜既能探測塑料地雷外殼，也能探測內(nèi)部填充爆炸物，這為塑料地雷的防范和清除提供了新的技術(shù)途徑。在太空探測方面，美國國家航空航天局（NASA）把LIBS探頭安裝在“火星漫游者”、“好奇號”（如圖7）等火星探測車上，遠(yuǎn)距離探測火星巖石和土壤成分［52］，表2就是采用LIBS探測分析得到的巖石組分及準(zhǔn)確度。

圖7 “好奇號”火星探測車上裝載的LIBS系統(tǒng)Fig.7 LIBS system mounted on the“Curiosity”rover

表2 火星環(huán)境下用LIBS分析巖石的組成成分［52］Tab.2 Element analysis of the stones at simulated M ars environment by LIBS

6 LIBS技術(shù)存在的問題和挑戰(zhàn)

（1）LIBS系統(tǒng)中最關(guān)鍵的是高功率激光光源，不同的樣品對激光的能量和功率密度要求不同，一般要求能量為10～100 mJ，光斑尺寸在100μm以下。用于液體樣品分析時，常需要激光能量＞100 mJ，功率密度＞1 GW/cm2，這就對激光的能量要求提出挑戰(zhàn)。

（2）激光光源穩(wěn)定性問題

與所有的激光分析技術(shù)一樣，LIBS技術(shù)也有一定的局限性。例如，激光脈沖能量無法全部使用，部分能量會損失掉，因而導(dǎo)致等離子體時刻隨著能量改變而變化，因此實(shí)驗的可重復(fù)性不強(qiáng)。這需要從脈沖激光器控制的角度進(jìn)行深入研究，改進(jìn)激光脈沖的穩(wěn)定和重復(fù)性。

（3）定量分析方法

如何實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定量分析，一直是LIBS研究的重點(diǎn)。根據(jù)不同的物質(zhì)，也發(fā)展出了多種定量分析方法，但一直還沒有一個非常有效的普適性方法。因此，需要更深入研究LIBS機(jī)理，采用新方法，諸如單脈沖、雙脈沖，以及控制信號采集時間等，配合數(shù)據(jù)分析獲得突破。

7 結(jié)束語

作為一種快捷、靈敏、可靠的元素檢測技術(shù)，LIBS已經(jīng)證明了其在環(huán)境、食品安全、生物醫(yī)藥、材料、軍事、太空等多個領(lǐng)域的成功應(yīng)用。檢測樣品形態(tài)涵蓋固、液、氣三態(tài)，既可以定性也可以定量分析幾十種化學(xué)元素。雖然在定量精確分析上還面臨著一些問題，但隨著定量分析原理的改進(jìn)和實(shí)驗手段的進(jìn)步，以及商業(yè)化進(jìn)程的加大和細(xì)化，可以預(yù)知LIBS技術(shù)在未來的環(huán)境、醫(yī)藥、材料、食品安全、國防等多個領(lǐng)域會有更大、更廣泛的應(yīng)用。

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Progress in laser-induced breakdown spectroscopy and its applications

HOU Guan-yu1，WANG Ping1*，TONG Cun-zhu2
（1.College of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；2.State Key Laboratory of Luminescence and Applications，Changchun Institute of Optics，F(xiàn)ine Mechanics and Physics，Chinese Academy of Sciences，Changchun 130033，China）
*Corresponding author，E-mail：wp_lh@yahoo.com.cn

Laser-induced Breakdown Spectroscopy（LIBS）based on atomic emission spectral technology is a kind of convenient and sensitive approach for the qualitative and quantitative detection of elements.In this paper，themechanism，detecting element types，detection limit and the recent progress of LIBS technology are reviewed.The progress of LIBS technology in component testing for solid，liquid and gas samples is expounded in detail.The applications of LIBS in the environment test，food security，biological and medicines，material sciences，military and space fields are also presented.Finally，the challenges and problems for the LIBS technology in high power and stable laser sources and accurately quantitative analysismethod are discussed.

laser-induced breakdown spectroscopy；laser-induced plasmon，element analysis；detection limit

O433.54；O657.319

A

10.3788/CO.20130604.0490

侯冠宇（1988—），男，吉林四平人，2012年于南京林業(yè)大學(xué)化工學(xué)院獲得學(xué)士學(xué)位，主要從事環(huán)境污染物激光光譜檢測研究。E-mail：jum jim88@126.com

王 平（1962—），女，江蘇揚(yáng)州人，教授，博士生導(dǎo)師，1984年、2007年于南京大學(xué)分別獲得學(xué)士、博士學(xué)位，主要從事環(huán)境污染物的評價與治理、工業(yè)水處理劑研制與開發(fā)等方面的研究。E-mail：wp_ lh@yahoo.com.cn

佟存柱（1976—），男，吉林伊通人，研究員，博士生導(dǎo)師，1999年于重慶大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，2005年于中國科學(xué)學(xué)院半導(dǎo)體研究所獲得博士學(xué)位，曾先后在新加坡南洋理工大學(xué)和加拿大多倫多大學(xué)從事博士后研究工作，目前在中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所任“百人計劃”研究員，主要從事大功率半導(dǎo)體激光器的研究。E-mail：tongcz@ciomp. ac.cn

1674-2915（2013）04-0490-11

2013-04-11；

2013-06-13

國家自然科學(xué)基金面上項目（No.31270680，No.61076064）；江蘇省“六大高峰人才”資助項目（No.2011-XCL-018）；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目