以液體噴流方式利用LIBS定量分析水溶液中的Al元素

[摘 要]為了提高激光誘導擊穿光譜技術用于水溶液中痕量金屬檢測的穩定性和靈敏度，采用液體噴流的方式，利用激光誘導擊穿光譜技術對不同濃度的Al溶液進行了檢測和分析。通過對實驗系統的激光能量、探測延時等的優化，以Al元素的396.15nm譜線作為分析線，得到水溶液中的Al元素的檢測限（LOD）為18.65ppm。這一結果比王傳輝等人（參見文獻1）的檢測靈敏度要高。

[關鍵詞]激光誘導擊穿光譜（LIBS） 液體噴流 檢測限

[中圖分類號] X832 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）05-0113-03

一、引言

近幾年，由于工業廢水的不當排放，其中金屬對環境造成的污染越來越嚴重。因此，發展一種靈敏的痕量金屬含量檢測技術就迫在眉睫。激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術具有準確、快速、無需對樣品進行預處理，對樣品的破壞性小，可用于有毒和有害環境以及遠程實時多元素同時檢測等優勢，使得該技術在環境污染物的痕量分析研究中越來越受到重視。[1-2]

目前，LIBS技術在很多領域已經得到廣泛應用，已經成功應用于固相、液相、氣相中痕量元素檢測分析。[2-3]相比于LIBS用于固相基質痕量分析，由于激光燒蝕引起的液體濺射、液面波動的影響，LIBS技術用于液相基質的痕量分析的重復性和靈敏度還有待于進一步提高。當前，LIBS技術用于液相基質痕量分析的重點就在于研究利用不同的樣品處理方式、不同的探測手段以及不同的激發手段來提高痕量分析的重復性和靈敏度。[4-5]

三、結果及分析

在溶液濃度為150ppm，單脈沖激光功率密度是50 mJ，ICCD采集延時為1600 ns，門寬150 ns時實驗測得波長范圍393～398 nm的Al元素激光誘導擊穿光譜。在此范圍內，觀測到兩條Al譜線：394.40 nm、396.15 nm，其中396.15nm譜線較強。在實驗過程中此波段水溶液的背景信號容易扣除，我們選擇Al 396.15nm譜線作為分析線。在下面的實驗中，主要針對Al 396.15nm譜線進行實驗條件優化。

為了獲得最優的實驗條件來提高LIBS分析的檢測靈敏度，實驗中主要針對激光能量、信號采集延時和信號采集門寬進行了優化。在實驗條件的優化過程中，主要是綜合考慮LIBS信號的強度和信噪比。

（一）激光能量對LIBS信號的影響

（二）采集延時對LIBS信號的影響

激光入射液體樣品表面，很快形成激光等離子體，在等離子體形成初期可以觀測到很強的連續發射譜，他們以背景光的形式存在，隨著探測延時的增加，連續背景信號快速衰減，元素的原子發射譜線開始出現。因此在實驗過程中，可以通過選擇恰當的延時，利用背景光的時間衰減特性使原子光譜信號得以優化，從而獲得最佳延時條件來提高LIBS技術分析痕量元素的靈敏度，進而提高它的檢測限。

其中：和S分別指是背景的標準偏差和LIBS信號強度定標曲線的斜率。實驗測得=61.9879，S=9.97，計算得到Al的檢測限為18.65ppm。該結果與文獻1的類似方法相比，液相LIBS痕量分析的靈敏度有很大的提高。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王傳輝，戴琳，張先燚等.AlCl3水溶液的激光誘導擊穿光譜研究 [J].中國激光.2006，33（9）：1190-1194.

[2] CAPITELLI F， COLO F， PROVENZANO M R， et al. Determination of heavy metals in soils by laser induced breakdown spectroscopy [J]. Geoderma，2002，106（1-2）： 45 ～62.

[3] LAZIC V， Efficient plasma and bubble generation underwater by an optimized laser excitation and its application for liquid analyses by laser- induced breakdown spectroscopy[J]. Spectrochimica Acta， Part B， 2007， 62： 1433–1442.

[4] Díaz Pace D M， D'Angelo C A，et al. Analysis of heavy metals in liquids using Laser Induced Breakdown Spectroscopy by liquid-to-solid matrix conversion[J]. Spectrochimica Acta， Part B， 2006， 61： 929–933.

[5] YAROSHCHYK P，MORRISON R J S，BODY D，et al. Quantitative determination of wear metals in engine oils using LIBS： a comparison of liquid jets and static liquids [J]. Spectrochim Acta， Part B， 2005， 60： 986–992.

[責任編輯：雷 艷]