Laserinducerad nedbrytningsspektroskopi (LIBS) är ett snabbt verktyg för kemisk analys. En kraftfull laserpuls fokuseras på ett prov för att skapa en mikroplasma. Elementära eller molekylära emissionsspektra från den mikroplasma kan användas för att bestämma elementets sammansättning av provet.

Jämfört med mer traditionell teknik, som atomabsorptionsspektroskopi och induktivt kopplad plasmaoptisk emissionsspektroskopi (ICP-OES), LIBS har några unika fördelar:ingen provförbehandling, samtidig detektering av flera element, och beröringsfria mätningar i realtid. Dessa fördelar gör den lämplig för praktisk analys av fasta ämnen, gaser, och vätskor.

Traditionella LIBS och extensions

Traditionella LIBS-system baserade på en nanosekundspulslaser (ns-LIBS) har vissa nackdelar på grund av lasereffektintensitet, lång pulslängd, och plasmaskärmningseffekten. Dessa problem påverkar dess reproducerbarhet och signal-brusförhållande negativt. Femtosecond LIBS (fs-LIBS) kan utesluta plasmaskärmningseffekten eftersom ultrakortpulsvaraktigheten begränsar interaktionstiden mellan laser-materia. Femtosekundpulsen har en hög effekttäthet så att material effektivt kan joniseras och dissocieras, vilket leder till ett högre signal-till-bakgrundsförhållande och mer exakt spektral upplösning.

Filamentinducerad nedbrytningsspektroskopi (FIBS) kombinerar LIBS-tekniken med en femtosekundlaserfilament. En enda laserfilament är resultatet av samspelet mellan Kerrs självfokuserande och plasmadefokuserande mekanismer som finns i utbredningen av en ultrakort, högintensiv stråle i ett transparent medium såsom atmosfärisk luft. Femtosekundlaserfilamentet producerar en lång och stabil laserplasmakanal, som garanterar stabiliteten hos lasereffekten och kan förbättra mätstabiliteten. Dock, kraften och elektrontätheten mättas när laserenergin ökar. Detta är känt som laserintensitetsklämningseffekt, och det begränsar detektionskänsligheten för FIBS.

Plasmagaller

Lyckligtvis, laserintensitetens fastspänningseffekt kan övervinnas genom ett plasmagitter inducerat av den olinjära interaktionen av flera femtosekundfilament. Elektrondensiteten i plasmagittret har visat sig vara en storleksordning högre än den i ett glödtråd.

Baserat på den insikten, forskare under ledning av Heping Zeng vid East China Normal University i Shanghai demonstrerade nyligen en ny teknik:plasma-gitter-inducerad nedbrytningsspektroskopi (GIBS). GIBS kan effektivt övervinna nackdelarna med ns-LIBS, fs-LIBS, och FIBS. Med GIBS, signalintensiteten förstärks mer än tre gånger och livslängden för plasma inducerad av plasmagitter är ungefär dubbelt så stor som den som erhålls av FIBS med samma initiala puls. Kvantitativ analys är genomförbar på grund av frånvaron av plasmaskyddande effekter, den höga kraften, och elektrontätheten för femtosekundplasmagittret.

Zeng noterar att GIBS-tekniken kan vara ett lovande verktyg för att upptäcka prover som är svåra att smälta, jonisera, eller dissociera, och kan även användas för prover med komplexa matriser.