1.激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS）簡介

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )簡稱為LIBS，是由美國 Los Alamos 國家實(shí)驗(yàn)室的 David Cremers 研究小組于1962年提出和實(shí)現(xiàn)的。自從1962年該小組成員Brech最先提出了用紅寶石微波激射器來誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體的光譜化學(xué)方法之后，激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如鋼鐵成分在線分析、宇宙探索、環(huán)境和廢物的監(jiān)測、文化遺產(chǎn)鑒定、工業(yè)過程控制、醫(yī)藥檢測、地球化學(xué)分析，以及美國NASA的火星探測計(jì)劃CHEMCAM等，并且開發(fā)出了許多基于LIPS技術(shù)的小型化在線檢測系統(tǒng)。

2.LIBS發(fā)展概況

自1960年世界上第一臺(tái)紅寶石激光器問世，兩年后Brech和Cross就實(shí)現(xiàn)了固體樣品表面的激光誘導(dǎo)等離子體，開啟了LIBS技術(shù)的歷程。1963年，調(diào)Q激光器的發(fā)明大大促進(jìn)了LIBS技術(shù)的發(fā)展，這種激光器的單個(gè)短脈沖具有極高的功率密度，足以產(chǎn)生光譜分析所需的激光等離子體。因此調(diào)Q激光器的發(fā)明被稱為LIBS技術(shù)誕生的標(biāo)志。1965年Zel’dovich and Raizer把LIBS技術(shù)的應(yīng)用延伸到氣體樣品。70年代初，Jarrell-Ash和Carl Zeiss制造了世界上第一臺(tái)工業(yè)應(yīng)用LIBS設(shè)備，需要說明的是，這套LIBS設(shè)備中，短脈沖激光用于燒蝕樣品，然后用電弧激發(fā)樣品。美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室(LANL)曾致力于LIBS分析技術(shù)的機(jī)理研究和應(yīng)用，在1987年將其應(yīng)用于乏燃料后處理工藝中鈾濃度分析。在八十年代，LIBS被應(yīng)用于液體樣品以及分析土壤中的金屬及污染物。德國卡爾斯魯厄核中心從上世紀(jì)90年代初開始，致力于將LIBS應(yīng)用于高放廢液玻璃固化工藝控制分析，獲得巨大成功，隨后模擬高放廢液玻璃固化體中27種元素的實(shí)時(shí)定量分析。意大利國家原子分子物理研究所A.CIUCCI和M.CORSI等提出了一種無需“校準(zhǔn)曲線”的LIPS定量化分析技術(shù)—CF-LIBS，進(jìn)一步發(fā)展了LIBS技術(shù)在定量分析中的應(yīng)用。S.Palanco和J.J.Laserna利用多元線性回歸法來定量分析物質(zhì)成分含量，以消除基體效應(yīng)的影響，獲得很好的效果。

3 LIBS基本原理

脈沖激光束經(jīng)透鏡會(huì)聚后輻照在固體靶的表面，激光傳遞給靶材的能量大于熱擴(kuò)散和熱輻射帶來的能量損失，能量在靶表面聚集，當(dāng)能量密度超過靶材的電離閾值時(shí)，即可在靶材表面形成等離子體，具體表現(xiàn)為強(qiáng)烈的火花，并伴隨有響聲。激光誘導(dǎo)的等離子體溫度很高，通常在10000K以上，等離子體中含有大量激發(fā)態(tài)的原子、單重和多重電離的離子以及自由電子，處于激發(fā)態(tài)的原子和離子從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，并發(fā)射出具有特定波長的光輻射，用高靈敏度的光譜儀對這些光輻射進(jìn)行探測和光譜分析分析，就可以得到被測樣品的成分、含量等信息。通常經(jīng)過聚焦后的激光功率密度達(dá)到GW/cm²量級(jí)，光斑處物質(zhì)蒸發(fā)、氣化和原子化后電離，形成高溫、高壓和高電子密度的等離子體。

4.激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀實(shí)驗(yàn)裝置

激光誘導(dǎo)擊穿光譜的實(shí)驗(yàn)裝置系統(tǒng)主要是由激光器、真空室、光譜儀和PC機(jī)組成。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)示意圖