【儀表儀表網 儀表研發】來自墨西哥的一個研究小組開發出一種使用激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)的方法檢測單個水滴中極低濃度的重金屬，而LIBS技術通常用于分析固體樣品。研究人員利用他們開發的技術，利用聲波懸浮技術對水滴進行懸浮和預濃縮以便完成更的化學分析，研究人員在去離子水基樣品中獲得了微量鋇、鎘、汞和鉛的可重復測量結果。
墨西哥國立自治大學的一個研究小組利用聲波懸浮水滴，并使用激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)對液體樣品進行化學分析，以研究其中的重金屬污染物。圖片來源：Jairo Peralta和Victor Contreras /墨西哥國立自治大學自然物理研究所。
研究團隊表示，他們利用LIBS技術在有朝一日可用來快速且經濟地監測供水質量，并實時識別潛在的污染。
將LIBS用于液體檢測
LIBS是一種幾十年前被發明出來的原子發射光譜學方法，主要方法是用激光汽化一小塊固體樣品以產生等離子體。這種激光誘導等離子體能夠發射與樣品化學組成相關的光譜。近LIBS設備的小型化以及LIBS技術幾乎不需要樣品制備的優勢使得該技術被越來越多地用于提供實時的固體樣品分析。
盡管LIBS應用的數量在不斷增加，但該技術卻很難被用于液體樣品分析。其中一個原因是由于由液體形成的激光誘導等離子體將迅速冷卻并快速消失，限制了儀器捕獲和測量等離子體發射光譜的時間窗口。另一個缺點是液體在受到干擾時會產生波動、飛濺或形成氣溶膠，從而散射光線并破壞光譜。
這兩個障礙的潛在解決方案是將液體樣品進行干燥處理以在固體基質上進行LIBS分析。以這種方式蒸發液體樣品以濃縮其中的元素并消除與液體物理性質相關的問題。然而，對干燥樣品殘留物的照射激光脈沖也會從固體基質中激發原子，從而使結果并不準確。
聲學懸浮LIBS
為了找到另一種解決方式，由墨西哥國立自治大學的自然物理研究所的Victor Contreras領導的一個研究小組利用聲波懸浮技術在半空中懸浮水滴樣品進行LIBS分析。懸浮不僅消除了來自固體基質的干擾問題，而且懸浮液滴會產生略微蒸發，濃縮可能含有的任何化學物質。而且，因為液滴的位置是一個明確的小點，所以可以使用一種緊湊且經濟的低能量激光器來產生等離子體。
Contreras和他的研究團隊利用含有少量重金屬的水基溶液展示了他們的LIBS技術。首先，他們將水滴放置在單軸懸浮器的聲波節點中。一旦水滴開始懸浮就會產生輕微蒸發，并濃縮其中所含的重金屬，并使其更容易通過光譜檢測。接下來，Nd：YAG激光系統將向漂浮的預濃縮水滴提供持續10ns和30mJ能量的532nm激光脈沖。
激光脈沖使水滴產生等離子體，而等離子體發射的光譜通過平凸透鏡被收集并聚焦到與光譜儀和計算機耦合的光纖中進行化學分析。從開始水滴懸浮到完成化學鑒定的整個過程只需幾分鐘。研究人員報告稱，他們在水滴樣品中檢測到低至0.2mg / L的鋇、0.7mg / L的鎘、1.0mg / L的汞和2.0mg / L的鉛，并且能夠在多次試驗中提供可重現的結果。Contreras表示：“基于我們的技術的在線分析儀有一天可以幫助防止出現環境災難，并有助于改善水質控制技術。”
研究人員正在努力改進該儀器：他們正在優化聲學懸浮捕集器的機械設計以提供更穩定的懸浮條件，并且還在努力通過進一步減小水滴樣本的尺寸來提高檢測靈敏度。
(原文標題：墨西哥研究人員利用激光誘導擊穿光譜分析水污染)
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