LIBS的神秘力量:激光如何在瞬间击碎物质并揭示其成分?

激光诱导破坏光谱技术(LIBS)是一种经由强 veľ 的激光脉冲作为激发来源的原子发射光谱技术。通过聚焦激光形成等离子体,样本得以被气化和激发。当聚焦的激光达到某一光学破坏的阈值时,等离子体便会形成,而这一阈值通常依赖于环境及目标材料。

自2000年至2010年,美国陆军研究实验室(ARL)针对LIBS技术进行了潜在的扩展研究,重点在于危险材料的检测。

在此期间,相关的应用包括爆炸物残留物和其他危险材料的远程检测、塑料地雷的辨别以及各种金属合金和聚合物的材料特征分析。 ARL研究的结果显示,LIBS可能能够区分具能量和无能量的材料。

2003年,宽频高解析度光谱仪的商业化,使LIBS系统可以敏感地检测低浓度的化学元素。

从2000年到2010年,ARL的LIBS应用研究包括:测试Halon替代剂的检测、便携式LIBS系统在土壤和油漆中检测铅、在不同气体环境下研究铝和铝氧化物的光谱发射,以及显示出地质材料、塑料地雷、爆炸物及化学和生物战剂代理的检测和区分能力。

2010年代,LIBS被认为是几种可以在实地部署的分析技术之一,直到2015年为止,最近的研究重点在于小型化及便携式系统。 LIBS的某些工业应用包括材料混合检测、钢中夹杂物的分析、二次冶金中的熔渣分析、燃烧过程分析及特定材料回收任务中的高效识别。

LIBS也被广泛应用于制药样品分析,且凭借着数据分析技术,这一技术正在进一步扩展。

在近期的研究中,LIBS被调查作为一种快速的微破坏性食品分析工具,适合于质性和量化的化学分析,并被考虑用作过程分析技术(PAT)或便携工具。各类食品,包括牛奶、烘焙产品、茶叶、植物油、水、谷物、面粉、土豆、棕榈枣与不同类型的肉类,都被应用LIBS进行分析。

某些研究显示其在检测特定食品掺假方面的潜力。 LIBS还被评估为肉类中有前景的元素成像技术。在2019年,约克大学和利物浦约翰摩尔大学的研究人员使用LIBS研究了来自爱尔兰共和国Conors Island的12个欧洲牡蛎(Ostrea edulis)的残骸,结果突显了LIBS的应用于确定史前的季节性行为及生物年龄和生长过程。

这项技术的发展无疑向着增强分析能力的方向迈进,无论是在军事、工业还是生活的各个方面。

以短脉冲激光的LIBS技术也逐渐进入研究视野。这种方法通过聚焦超快激光脉冲在气体中创建等离子体柱,所生成的自发光等离子体在低连续性及小线寛方面表现出色。此现象的发生是由于在稠密介质中的强激光脉冲所引起的强度夹持与光纤化过程的平衡所致,从而避免进一步的多光子/隧道电离过程,展现出了在材料分析中的巨大潜力。

那么,随着LIBS技术的发展,我们是否准备好迎接激光技术带来的更多变革,并充分利用其在日常生活中的应用潜力呢?

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