激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用動(dòng)態(tài)

王 卿，譚 娟，吳 健，吳建強(qiáng)

上海市環(huán)境科學(xué)研究院，上海 200233

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技術(shù)是一種通過分析物質(zhì)等離子體發(fā)射光譜而獲取物質(zhì)成分和濃度的分析技術(shù)。該技術(shù)基本不需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理，對樣品破壞性小，具有簡單、快捷、多組分、原位、在線、實(shí)時(shí)檢測等特點(diǎn)，在對物質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)程無損分析、定性識別以及定量分析等方面具有重要應(yīng)用。近年來，隨著激光器及化學(xué)檢測設(shè)備的發(fā)展，LIBS技術(shù)的應(yīng)用研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)，并逐漸深入應(yīng)用到環(huán)境污染、材料分析、工業(yè)生產(chǎn)控制、考古學(xué)及航空等領(lǐng)域中。本文主要針對LIBS技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展及所面臨的問題和挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)分析。

1 LIBS技術(shù)的基本原理

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的基本原理是利用高能量密度的短脈沖激光聚焦至物質(zhì)表面，在焦點(diǎn)處產(chǎn)生瞬間高溫使之燒蝕產(chǎn)生自由電子，而此時(shí)激光燒蝕區(qū)的物質(zhì)在高溫條件下瞬間融化、氣化，形成一團(tuán)由分子、原子、離子和電子組成的高能氣態(tài)物質(zhì)，在激光能量和自由電子的連續(xù)碰撞下，發(fā)生雪崩電離過程而形成等離子體。這些等離子體幾乎可將物質(zhì)中的全部元素氣化并激發(fā)至高能態(tài)，當(dāng)回到基態(tài)時(shí)會發(fā)出各自的光譜特征，借助光電轉(zhuǎn)換器將光譜特征的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)而對電信號進(jìn)行采集分析。通過探測發(fā)射光譜的特征譜線可以分析物質(zhì)的元素成分，而由譜線強(qiáng)度則可以計(jì)算得出相應(yīng)元素的含量［1-3］。

2 LIBS技術(shù)的研究發(fā)展

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，激光的發(fā)展、氣體擊穿的發(fā)現(xiàn)以及光譜化學(xué)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，使得LIBS技術(shù)發(fā)展迅速。LIBS技術(shù)的出現(xiàn)追溯到1962年，Brech F等［4］首次指出等離子體是光譜光源;1963年，Debras G J等［5］首次對等離子體表面光譜化學(xué)的分析使用進(jìn)行闡述;同年，Maker P D等［6］在實(shí)驗(yàn)中首次觀察到激光誘導(dǎo)脈沖擊穿氣體。隨后的研究中陸續(xù)出現(xiàn)了激光顯微光譜分析儀、激光微探針系統(tǒng)［7］、激光柱［8］、時(shí)間分辨 LIBS 系統(tǒng)［9-10］、基于準(zhǔn)分子激光快速分揀金屬的LIBS設(shè)備［11］以及 LIBS 光譜收集設(shè)備［12］等。而隨著研究的不斷深入，先后出現(xiàn)了納秒激光誘導(dǎo)擊穿光譜(ns-LIBS)、飛秒激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Fs-LIBS)、飛秒成絲激光誘導(dǎo)擊穿光譜(filament-LIBS)、偏振分辨激光誘導(dǎo)擊穿光譜(PR LIBS)、雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜(dual pulse LIBS，DP-LIBS)、多脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜(MP-LIBS)等諸多不斷完善成熟的技術(shù)［13］。

而激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀的實(shí)際應(yīng)用則開始于20世紀(jì) 70 年代末，Radziemski L J等［14］在 Los Alamos國家實(shí)驗(yàn)室開展的突破性研究使得LIBS儀器開始出現(xiàn)，這一時(shí)期的儀器主要是為了特定的目的而開發(fā)的用于實(shí)驗(yàn)室工作的;到20世紀(jì)90年代，激光、計(jì)算機(jī)及小型質(zhì)譜儀技術(shù)的發(fā)展使得商業(yè)化的LIBS儀器設(shè)備開始出現(xiàn);2005年，意大利Pisa市的應(yīng)用激光光譜實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一臺集雙脈沖LIBS技術(shù)以及自由標(biāo)定的LIBS數(shù)據(jù)分析為一體的質(zhì)譜儀，增強(qiáng)了檢測信號，降低了檢測的局限性［15］。隨后，國內(nèi)外研究者［16-17］從應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)處理方法、參數(shù)空間分布、定量分析方法等方面深入研究了LIBS技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)了LIBS技術(shù)的實(shí)用化。到了21世紀(jì)的第一個(gè)十年間，LIBS的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究發(fā)展更為迅速，關(guān)于LIBS的出版物也從1975年的不到100篇增加至2010年的5 000多篇。LIBS技術(shù)的應(yīng)用也擴(kuò)張到工業(yè)、生物、環(huán)境、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域［18］。

綜合國內(nèi)外相關(guān)研究可以看出，LIBS技術(shù)在其發(fā)展歷程中面臨的主要挑戰(zhàn):1)激光能量要求。不同形態(tài)樣品對激光的能量要求不同，固體樣品一般在10～100 mJ，而液體樣品分析時(shí)，則需要激光能量大于100 mJ。未來的發(fā)展方向是通過借助能量控制器實(shí)現(xiàn)對激光能量0～100%的調(diào)節(jié)，以確保不同的樣品選擇合適的能量范圍。2)測量數(shù)據(jù)的可重復(fù)性。實(shí)質(zhì)上是對激光光源穩(wěn)定性的要求，由于激光能量存在部分損失，且樣品的表面凹凸不平等，產(chǎn)生的等離子體也隨之發(fā)生變化，從而造成實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性不強(qiáng)。該挑戰(zhàn)可從激光器控制的角度進(jìn)行深入研究，通過采用剝蝕導(dǎo)航激光和樣品高度自動(dòng)調(diào)整傳感器相結(jié)合，可確保到達(dá)樣品表面的激光能量均勻，使所有采樣點(diǎn)的激光燒蝕均勻一致，而不用考慮樣品凹凸不平帶來的影響。3)測量精度和靈敏度。如何實(shí)現(xiàn)精確的定量分析，一直是LIBS技術(shù)的研究重點(diǎn)。一方面可通過改進(jìn)元素特征譜線數(shù)據(jù)庫，用激光燒蝕得到的元素特征譜線數(shù)據(jù)庫代替原有的采用火焰燒蝕方式得到的元素光譜數(shù)據(jù)庫;另一方面通過對LIBS機(jī)理的深入研究，不斷改進(jìn)工作參數(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理方法以獲得測量精度的突破。

3 LIBS技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 在土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

LIBS技術(shù)在固相中的應(yīng)用研究最為豐富，尤其是土壤生態(tài)環(huán)境。20世紀(jì)末以來，國內(nèi)外一些學(xué)者成功地應(yīng)用LIBS技術(shù)檢測到土壤中Al、Cu、Fe、Zn、Ba、Be、Sr、As、Cd、Cr、Hg、Pb 等多種重金屬元素［19-21］。在實(shí)際應(yīng)用方面，LIBS技術(shù)已成功地應(yīng)用于推導(dǎo)南極洲生物和地殼的演化歷史［22-24］。George A 等［25］基于 LIBS 技術(shù)開展了原位磷酸礦巖石質(zhì)量的檢測，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。在深入研究方面，Capitelli F等［26］比較了采用LIBS技術(shù)測量土壤重金屬和用ICP-AES測量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的平均值，誤差均不超過6%。宋冬婷等［27］搭建了 LIBS系統(tǒng)，對各種土壤樣本進(jìn)行了光譜測量，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析，為LIBS在該領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用提供了參考依據(jù)和研究基礎(chǔ)。陳金忠等［28］利用LIBS方法分析了國家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品中元素Fe、Ti的含量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在無光譜干擾的條件下，元素含量與光譜線強(qiáng)度之間有較好的線性關(guān)系，分析結(jié)果顯示，元素Fe、Ti的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為 6.164%、16.095%，相對誤差分別低于 8.349%、22.286%。

而國內(nèi)外學(xué)者也做了大量關(guān)于不同LIBS技術(shù)測量土壤重金屬的分析比較研究。對單、雙、多脈沖技術(shù)的比較，Corsi M等［29］的研究表明，與單脈沖LIBS技術(shù)相比，采用雙脈沖技術(shù)測量時(shí)元素的強(qiáng)度增加5到10倍，而Jedlinszki N等［30］的研究進(jìn)一步表明，相對于單脈沖和雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)，MP-LIBS的所有靈敏值均有顯著提升。Pavan K等［31］比較分析了LIBS和火花誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(SIBS)測定土壤中的汞，將已知汞濃度的土壤樣品制成丸狀用于LIBS檢測，制成粉末狀用于SIBS檢測，結(jié)果表明，LIBS在高濃度檢測時(shí)的效果更好，而SIBS則更適用于低濃度Hg的測量。就定標(biāo)方法的研究而言，吳文韜［32］等利用LIBS技術(shù)獲得了可以用于定量檢測的定標(biāo)曲線，計(jì)算得到土壤中Cu元素的檢測限為44 mg/kg，達(dá)到國家二級土壤的標(biāo)準(zhǔn)，相對誤差控制在10%以內(nèi)，滿足實(shí)地檢測的要求。盧淵等［33］初步驗(yàn)證了采用內(nèi)標(biāo)法對土壤泥漿中重金屬Pb進(jìn)行 LIBS檢測分析的可行性，隨后，魯翠萍等［34］的研究進(jìn)一步驗(yàn)證了內(nèi)標(biāo)法可提高測量精度。陳添兵［35］利用LIBS技術(shù)并引入傳統(tǒng)定標(biāo)法和內(nèi)標(biāo)法分析了鄱陽湖饒河一段土壤中重金屬Pb、Cr，引入強(qiáng)度比定標(biāo)法和偏最小二乘法定量分析了土壤中的重金屬 Cr、Ba、Sr，定量分析的準(zhǔn)確性較高。

3.2 在水生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

與固體方面的應(yīng)用相比，LIBS技術(shù)用于液體樣品的研究起步較晚［36-39］，主要原因是激光與液體相互作用產(chǎn)生激波，濺射出來的液體會吸收入射光能量且污染鏡頭，造成等離子體信號較弱且穩(wěn)定性差，從而給分析測試帶來一定難度［40-41］。

在溶液的定量研究方面，采用 LIBS技術(shù)對飲用水中鎂的含量進(jìn)行測定，首次驗(yàn)證了 LIBS技術(shù)應(yīng)用在分析水中物質(zhì)的可行性，并且在后續(xù)研究中實(shí)現(xiàn)了對水溶液中金屬鎂、鈣、鈉、硅的檢測，其檢測限可以達(dá)到幾mg/L［42-43］。而Knopp R等［44］利用LIBS技術(shù)分析了溶液中金屬鎘、鉛、鋇、鈣、鋰、鈉的探測限分別為 500 mg/L、12.5 mg/L、6.8 mg/L、130 μg/L、13 μg/L、7.5 μg/L。而后，隨著LIBS技術(shù)的不斷改進(jìn)，關(guān)于檢測限的研究也越來越多，Aklra K等［45］將 LIBS用于定量分析水中的 Na元素，其檢測限可以達(dá)到0.11 μg/L。鐘石磊［46］利用超聲霧化輔助激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(UN-LIBS)對液體樣品中典型金屬元素進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，UN-LIBS方法對于水溶液中的各種金屬元素的檢測限有明顯的優(yōu)勢。Youli Y等［47］利用雙脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(DP-LIBS)對溶液中的銅進(jìn)行檢測，基于譜線強(qiáng)度和信號噪聲比對實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表明，溶液中Cu的檢測限為2.0 mg/L，優(yōu)于單脈沖激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)。而在實(shí)際應(yīng)用方面，美國Woods Hole海洋研究所［48-50］成功模擬了將 LIBS技術(shù)運(yùn)用到深海約30 MPa時(shí)熱液金屬離子的探測情況，探討了深海激光誘導(dǎo)等離子體輻射隨著深海環(huán)境(如溫度、壓力、鹽度)因素變化的情況。常亮等［51］利用 LIBS技術(shù)定量分析了豎直噴流和靜止液面模式下水溶液中的鎘、鐵、鋁、鉛，得到其定標(biāo)曲線的線性相關(guān)度基本在0.99以上，可以很好地應(yīng)用于實(shí)際檢測中。

在水污染檢測方面，2004年Koch S小組［52］利用LIBS技術(shù)檢測了水中的鉻元素;同年，德國科學(xué)家Koch S等［53］將 LIBS技術(shù)應(yīng)用于海水中的重金屬 Cr的檢測，并試圖建立一種在線海洋重金屬污染監(jiān)測系統(tǒng)。2005年，Anzen C等［54］研發(fā)了基于 LIBS技術(shù)的高壓液相色譜法，可以同時(shí)測得31種元素，對于環(huán)境污染監(jiān)測有很好的應(yīng)用前景。2007年 Gondal M A等［55］利用 LIBS技術(shù)定量分析染料廠廢水中有害金屬含量，成功檢測出金屬鉛、銅、鉻、鈣、硫、鎂、鋅、鈦、鍶、鎳、硅、鐵、鋁、鋇、鈉、鉀、鋯的含量。2008年 Hussain T等［56］開發(fā)了一種防止激光照射水面時(shí)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。同年，吳江來等［57］利用 532 nm Nd:YAG激光器對豎直流動(dòng)的CuSO4和Pb(NO3)2的水溶液進(jìn)行了檢測分析。2011年張謙［58］的研究結(jié)果表明，激光點(diǎn)火輔助電火花誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LI-LIBS)可以實(shí)現(xiàn)水溶液中痕量汞離子的高靈敏探測。石煥等［59］在2012年采用1 064 nm波長的Nd:YAG脈沖激光光源，應(yīng)用LIBS技術(shù)分別測量了水中的痕量重金屬元素鋅、鎳，而Samu T J等［60］在2013年同樣利用LIBS技術(shù)對水中的痕量金屬元素Ni、Pb、、Zn進(jìn)行了檢測，該技術(shù)可借助靈敏度較高的儀器來實(shí)現(xiàn)對工業(yè)廢水的在線監(jiān)測。

3.3 在大氣生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

激光不僅可以與液體、固體相互作用產(chǎn)生等離子體，還可以與氣溶膠或氣體作用形成等離子體［61］。在空氣檢測方面，Ottesen D K 等［62］利用美國光譜數(shù)據(jù)庫(NIST)中已知譜線信息得到所研究氣體中元素的相對含量，然而該方法最大的不足是NIST中譜線信息的獲得與具體實(shí)驗(yàn)的參數(shù)不完全相同，因此帶來的誤差較大。為了克服上述方法的不足，Corsi M等［63］提出了自由定標(biāo)模型來研究氣體組分信息，該方法無需標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行標(biāo)定，非常具有應(yīng)用價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用方面，Cremers D A 等［64］使用 Nd:YAG 激光器(波長1 064 nm，能量100 mJ，脈寬15 ns)探測分析了以空氣為背景氣體下的氯氣、氟氣，得到其探測譜線分別為 837.6、685.6 nm，檢測限分別為 8、38 mg/L。Cheng E 等［65］利用(波長 532 nm)Nd:YAG激光器對He氣中的多原子分子雜質(zhì)進(jìn)行了探測，精度達(dá)到mg/L級。2010年丁慧林等［66］研究了空氣及水汽的激光誘導(dǎo)擊穿光譜特性，以大氣顆粒物為測量目標(biāo)，并對其中的 O、N、H等主要元素的特征譜線進(jìn)行了標(biāo)識，得出了較為理想的結(jié)果。而在空氣污染檢測方面，Neuhauser R E等［67］研制出一臺輕便型 LIBS樣機(jī)，利用該樣機(jī)探測和分析氣溶膠中重金屬的含量，探測限介于每平方厘米10～500 ng。Windom B C 等［68］對氣溶膠的研究進(jìn)一步表明，雙脈沖LIBS技術(shù)較單脈沖有更好的信號比。2005年Yoshiie R等［69］采用LIBS技術(shù)對垃圾焚燒煙氣中的鎘進(jìn)行了監(jiān)測。在2008年間，他們又對煙氣中的鉛、錳、鈦等元素的濃度進(jìn)行了分析［70］。2012 年劉林美等［71］對煤燃燒產(chǎn)生的煙氣和燃放煙花后產(chǎn)生的煙氣中的多種重金屬元素進(jìn)行了LIBS檢測。

3.4 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用

就食品安全而言，2002年 Niu L等［72］利用LIBS技術(shù)分析了海帶中鍶的含量，結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)精度優(yōu)于 5%，分析曲線的線性相關(guān)度優(yōu)于0.99，采用LIBS技術(shù)的好處在于，通過選取合適譜線可以避免基體元素鈣的影響。2008年張大成等［73］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(jì)學(xué)方法分析比較了3種水果中的 Ca、Na、K、Fe、Al、Mn 6 種元素的含量差別。該小組還采用LIBS方法測定了真空凍干的土豆、百合樣品中的痕量元素，說明了LIBS方法用來檢測植物樣品中的痕量元素是可行的。張旭等利用 LIBS 技術(shù)分別于 2008 年［74］和 2012［75］年檢測了海帶和蘋果中的鉻元素含量，并分別得到了定標(biāo)曲線。2009年，Nilesh K R等［76］采用了自由定標(biāo)LIBS技術(shù)與原子吸收光譜法分別對苦瓜中抗血糖痕量元素進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，前者對植物產(chǎn)品中元素定量分析更加適用。2012年徐媛等［77］將LIBS技術(shù)應(yīng)用于對贛南臍橙中鉻元素含量的檢測實(shí)驗(yàn)研究，充分證明了LIBS技術(shù)在實(shí)時(shí)快速檢測并定量分析水果樣品中重金屬元素含量的可行性。

而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，LIBS技術(shù)也被廣為應(yīng)用。2010年Ali K等［78］采用基于橫激大氣壓二氧化碳激光器的LIBS技術(shù)對含有不同Zn濃度的中草藥粉末樣品進(jìn)行測量，并得到了精準(zhǔn)的校正曲線，同時(shí)對重金屬Cr的檢測限達(dá)到0.6 mg/kg左右。這一結(jié)果表明，該技術(shù)可以很好地應(yīng)用于粉末樣品中微量元素的高精度和高靈敏度檢測分析。2011年陳凱等［79］應(yīng)用LIBS技術(shù)檢測了復(fù)合肥中的主要營養(yǎng)元素鉀，通過分析譜線的自吸收程度、躍遷幾率和激發(fā)能級，確定鉀404.40 nm特征譜線作為分析譜線，并建立了鉀元素的濃度定標(biāo)曲線，曲線的擬合度為0.989，測量值的絕對誤差小于0.3%;同年，盧偉業(yè)等［80］采用ns-LIBS技術(shù)對復(fù)合肥樣品中的氮、磷、鉀元素含量進(jìn)行了檢測，實(shí)現(xiàn)了化肥中三大主要元素的實(shí)時(shí)同步測量。2013年彭秋梅［81］采用LIBS技術(shù)分析桔子葉片中的重金屬元素，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺，分析了研究條件的最優(yōu)化情況，并對桔子葉片中的鉻元素、銅元素、鉛元素進(jìn)行LIBS定量研究分析。

3.5 在其他領(lǐng)域的應(yīng)用

除了環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，LIBS技術(shù)也被廣泛用于其他各行各業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)研究中。在地質(zhì)、礦產(chǎn)、考古領(lǐng)域，2006年George A等［82］基于LIBS技術(shù)開展了原位磷酸礦巖石質(zhì)量的檢測，該方法經(jīng)濟(jì)可行，能夠?qū)崟r(shí)檢測磷酸礦巖石質(zhì)量以用來篩選出高硅含量的巖石用以深加工。其原理是基于單一激光燒蝕關(guān)鍵探針元素，獲得探針元素相對發(fā)射譜線強(qiáng)度比——磷/硅，以此來檢測磷酸礦巖石質(zhì)量。2007年Tereza C等［83］分別使用單脈沖和雙脈沖LIBS技術(shù)對硅酸鹽材料進(jìn)行檢測分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雙脈沖LIBS技術(shù)的檢測限比單脈沖LIBS技術(shù)的檢測限低10倍。2010年Abedin K M等［84］利用LIBS技術(shù)分析了來自孟加拉國南部海灘的天然獨(dú)居石砂，結(jié)果發(fā)現(xiàn)了大量的稀土鑭系元素，如鈰、鑭、鐠、釹、釔、鐿、釓、鏑、鉺，此外還有鋯、鉻、鈦、鎂、錳、鈮、鋁等其他金屬元素，這也是首次使用LIBS技術(shù)檢測出天然礦物質(zhì)中存在的多種稀土元素。2011年 Roberts D E等［85］利用LIBS技術(shù)研究源于南非的所謂“人類搖籃”的馬拉帕區(qū)域的圍巖及相關(guān)化石的光譜，其目標(biāo)是找出針對于特定化石的光譜線作為控制信號，以此來降低高速激光切除圍巖對化石造成的損害。2013年Zhu X Q等［86］采用LIBS技術(shù)對四川盆地三疊紀(jì)地層中的16種沉積巖進(jìn)行研究，這表明LIBS和一些多變量分析技術(shù)的耦合促進(jìn)了用于樣品鑒定的光譜信息技術(shù)的發(fā)展，并且已經(jīng)成為一種重要的地質(zhì)材料研究分析手段。

在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域，2007年 Zheng H B等［87］利用LIBS技術(shù)定量檢測氧化鈰復(fù)合顆粒物及粉末樣品的元素組成，用來進(jìn)行硼硅酸鹽玻璃制造工藝過程的質(zhì)量控制。2011年Madhavi Z M等［88］將LIBS技術(shù)實(shí)地應(yīng)用于核材料分析檢測，并解決了抽樣誤差、檢測限、重現(xiàn)性以及測量精度等問題。2012年Cecile M等［89］利用LIBS技術(shù)實(shí)時(shí)分析冷卻劑液態(tài)鈉純度，而鉛、銦由于易溶于鈉而被選為代表分析物，通過建立相應(yīng)預(yù)測模型得出了最佳校準(zhǔn)曲線。在這種情況下，鉛的檢測限為6 mg/L，銦的檢測限為5 mg/L，這一檢測方法的使用使得鈉冷卻核反應(yīng)堆的安全性得到保障。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，2003年Corsi M等［90］采用LIBS技術(shù)對不同顏色頭發(fā)中重金屬進(jìn)行快速檢測，為該技術(shù)在司法鑒定領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2004年Kuma A等［91］基于LIBS技術(shù)分別對惡性和正常腫瘤組織進(jìn)行檢測分析，結(jié)果表明兩者中的金屬元素含量有明顯不同。2006年Matthieu B等［92］利用飛秒超短脈沖LIBS技術(shù)對大腸埃希菌進(jìn)行識別。2014年 Russell A P等［93］利用 LIBS技術(shù)和多變量分析技術(shù)獲取了13種不同類別的活細(xì)菌樣本的光譜指紋，用以鑒別細(xì)菌種類，該技術(shù)可能是在未來細(xì)菌種類和品種分類方面首選的鑒別技術(shù)。

4 結(jié)論

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)用于元素檢測具有快捷、簡單、靈敏、樣品需求量小等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對固、液、氣等不同形態(tài)樣品的原位在線檢測，目前已大量應(yīng)用于環(huán)境、食品、生物醫(yī)藥、材料、太空等眾多領(lǐng)域。但還存在一些亟需完善的地方，諸如不同形態(tài)樣品對激光能量的要求、激光脈沖的穩(wěn)定性問題以及定量分析的精確性等問題，這也是目前國內(nèi)外研究者正在努力克服的問題。隨著系統(tǒng)研究的深入和實(shí)驗(yàn)手段的進(jìn)步，該技術(shù)將會逐步得到優(yōu)化與完善，并在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域大放異彩。

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