LIBS应用于液体样品

液体样品通常分为水性、非水性和混合物。水性液体主要包括地表水、地下水、饮用水和废水，而非水性液体则包括有机溶剂、油和其他疏水液体。混合物则是水性和非水性液体的组合。虽然大多数激光诱导击穿光谱(LIBS)研究集中在固体样品的表征上，但液体样品的LIBS分析在多个应用领域具有巨大潜力，如地表水和地下水监测、海洋学、地质碳储存中的二氧化碳泄漏检测、制药和食品行业的质量控制、医疗诊断和工业过程监测。传统的液体样品分析方法主要依赖于实验室技术，如电感耦合等离子体原子发射光谱和电感耦合等离子体质谱。然而，LIBS在这些方法中具有多项优势，包括现场和在线测量、快速分析、便携性以及通过光纤耦合实现的恶劣环境和难以到达地点的测量能力。此外，LIBS测量只需光学访问样品即可进行远程分析。

01实验内容

LIBS分析可以在大体积液体、静态或层流液面、射流以及气溶胶或液滴流中进行。尽管大体积液体分析设置相对简单，但仅适用于透明液体。大体积液体分析的主要问题是大部分等离子体能量损失在周围液体的蒸发和击穿产生的冲击波和空化气泡中，只有少量能量转化为辐射能。此外，等离子体在大体积水中的形成通常寿命较短，发射强度在约1微秒后急剧下降。相比之下，液面分析通常比大体积分析更敏感，因为等离子体在空气中扩展。然而，激光与液面相互作用引起的强烈机械效应(如飞溅、气泡和气溶胶生成以及液面波动)严重影响了测量的准确性、重复性和再现性。通过将液体转化为射流、气溶胶或液滴，可以最小化这些困难，但LIBS装置复杂性增加，需要额外的仪器(如蠕动泵或各种类型的雾化器)来转换液体样品并确保流动通道中的样品连续交换。使用这些配置获得的检出限(LOD)大多在百万分之一(ppm)或高十亿分之一(ppb)水平。

LIBS装置通常由三个单元组成：激发源(激光)、光学系统(透镜、光纤)和检测系统(相机、光谱仪)，并通过计算机进行分析。在液体LIBS研究中，激光脉冲聚焦在液面或液体内部。液面上激光火花的生成有时会导致飞溅和表面扰动，而激发能力可能因液体内较低的温度火花而受损。脉冲间延迟在双脉冲LIBS中起重要作用，可以通过不同的几何配置(如共线、正交和斜角)添加第二个激发源。优化实验参数对于生成准确和精确的结果至关重要，包括激光能量、门延迟时间、门宽度和样品到聚焦透镜的距离。

激光诱导击穿光谱学的实验装置

02水下LIBS测量

水下LIBS已被证明是分析溶解材料和浸水材料的有力工具。这正在成为一种非常有用的技术，包括环境和工业废物监测，以及地质和海洋研究活动。在水下LIBS中，当等离子体在表面以下的深度产生时，液体压力就会发挥作用。当在海洋和热液喷口流体中进行LIBS分析时，这一点变得更加突出。在复杂的天然水样中，基质效应也会影响LIBS分析。

2.1基质效应

在LIBS中，主要的基质效应可以解释为光谱、化学和物理效应。当感兴趣元素的弱发射线与矩阵元素的强发射线重叠时，会发生光谱间干涉。如果被分析物的发射特性由于基质元素的存在而发生改变，则称为化学基质效应。由于元素的物理性质的差异使样品的等离子体行为受到影响，从而导致物理矩阵效应。矩阵效应可能会增加假阳性或假阴性的LIBS反应，从而降低分析精度。对于复杂矩阵样本的定量测量，通常首选多元分析以获得更好的精度。在海洋环境中，深盐水中钠是最丰富的元素，约占总阳离子质量的70%-90%。了解氯化钠对LIBS测量的矩阵效应变得至关重要。一般来说，基质效应导致分析物发射信号的抑制;然而，在氯化钠矩阵的情况下，结果是不同的。当原子发射信号增强时，在氯化钠(氯化钠)基质存在时观察到离子谱线的抑制。这种对谱线的影响可能是由于氯化钠引起的较高的等离子体温度和电子数密度所致。

使用含180mgL1-1 Ca和50mgL1-1K. (A) Ca I 422.67 nm，(B) K I双态（766.49和769.90 nm）的样品，氯化钠浓度对记录的发射光谱的影响

使用（从上到下）氯化锂、LiCl-NaCl、LiCl-Na2SO4和LiCl-Na2SO4水样获得的Li发射光谱

在CO2水溶液中获得的Ca、Mn、Ba、Sr和Mg的水下激光诱导击穿光谱

03总结

LIBS技术可用于环境和高压条件下元素的原位分析和定量。基质和压力效应在水下LIBS分析中起着重要作用，这可能给定量分析带来挑战。通过使用适当的实验设置、适当的门控参数、激发能和平均几次激光发射线强度，可以在一定程度上提高分析性能。

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审核编辑 黄宇