Laser-geïnduceerde afbraakspectroscopie (LIBS) is een hulpmiddel voor snelle chemische analyse. Een krachtige laserpuls wordt op een monster gericht om een ​​microplasma te creëren. De elementaire of moleculaire emissiespectra van dat microplasma kunnen worden gebruikt om de elementaire samenstelling van het monster te bepalen.

In vergelijking met meer traditionele technologie, zoals atoomabsorptiespectroscopie en inductief gekoppeld plasma optische emissiespectroscopie (ICP-OES), LIBS heeft enkele unieke voordelen:geen monstervoorbehandeling, gelijktijdige detectie van meerdere elementen, en realtime contactloze metingen. Deze voordelen maken het geschikt voor praktische analyse van vaste stoffen, gassen, en vloeistoffen.

Traditionele LIBS en extensies

Traditionele LIBS-systemen op basis van een nanoseconde pulslaser (ns-LIBS) hebben enkele nadelen vanwege de intensiteit van het laservermogen, lange pulsduur, en het plasma-afschermende effect. Deze problemen hebben een nadelige invloed op de reproduceerbaarheid en de signaal-ruisverhouding. Femtosecond LIBS (fs-LIBS) kan het plasma-afschermingseffect uitsluiten, aangezien de ultrakorte pulsduur de interactietijd tussen laser en materie beperkt. De femtoseconde-puls heeft een hoge vermogensdichtheid, zodat materialen effectief kunnen worden geïoniseerd en gedissocieerd, wat leidt tot een hogere signaal-tot-achtergrondverhouding en een nauwkeurigere spectrale resolutie.

Filament-geïnduceerde afbraakspectroscopie (FIBS) combineert de LIBS-techniek met een femtoseconde laserfilament. Een enkel laserfilament is het resultaat van het samenspel tussen de Kerr-zelffocusserende en plasma-defocusserende mechanismen die aanwezig zijn in de voortplanting van een ultrakorte, bundel met hoge intensiteit in een transparant medium zoals atmosferische lucht. Het femtoseconde laserfilament produceert een lang en stabiel laserplasmakanaal, wat de stabiliteit van de laservermogensdichtheid garandeert en de meetstabiliteit kan verbeteren. Echter, het vermogen en de elektronendichtheid verzadigen wanneer de laserenergie toeneemt. Dit staat bekend als het klemeffect van de laserintensiteit, en het beperkt de detectiegevoeligheid van FIBS.

Plasmarooster

Gelukkig, het klemeffect van de laserintensiteit kan worden overwonnen door een plasmarooster dat wordt geïnduceerd door de niet-lineaire interactie van meerdere femtoseconde filamenten. Het is bewezen dat de elektronendichtheid in het plasmarooster een orde van grootte hoger is dan die in een filament.

Op basis van dat inzicht onderzoekers onder leiding van Heping Zeng van de East China Normal University in Shanghai hebben onlangs een nieuwe techniek gedemonstreerd:plasma-grating-geïnduceerde afbraakspectroscopie (GIBS). GIBS kan de nadelen van ns-LIBS effectief overwinnen, fs-LIBS, en FIBS. Met GIBS, de signaalintensiteit wordt meer dan drie keer verbeterd en de levensduur van plasma dat wordt geïnduceerd door plasmaroosters is ongeveer het dubbele van die verkregen door FIBS met dezelfde initiële puls. Kwantitatieve analyse is mogelijk vanwege de afwezigheid van plasma-afschermende effecten, het hoge vermogen, en de elektronendichtheid van femtoseconde plasmaroosters.

Zeng merkt op dat de GIBS-techniek een veelbelovend hulpmiddel kan zijn voor het detecteren van monsters die moeilijk te smelten zijn, ioniseren, of dissociëren, en kan ook dienen voor monsters met complexe matrices.