26-08-2023
Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (ЛИЭС) — один из методов атомно-эмиссионного спектрального анализа, в котором используют спектры плазмы лазерного пробоя (лазерной искры) для анализа твёрдых образцов, жидкостей, газовых сред, взвешенной пыли и аэрозолей. В англоязычной литературе данный метод именуют Laser-Induced Breakdown Spectroscopy или Laser-Induced Plasma Spectroscopy (LIBS или LIPS).
Лазерный пробой формируют при фокусировке импульсного лазерного излучения на поверхности образца (или в объёме газа — например, в воздухе). Процесс создания лазерной плазмы на поверхности образца называют лазерной абляцией.
В настоящее время ЛИЭС бурно развивается в связи с возможностью создания универсальных эмиссионных анализаторов, способных анализировать любые типы образцов, включая микроскопические, на все элементы сразу с отличным пространственным разрешением по поверхности и глубине, причем бесконтактно, не касаясь самих образцов (удалённых объектов), без какой-либо пробоподготовки, работающих в реальном времени в компактном переносном варианте.
В лазерной искре формируется весьма горячая плазма (до 40 тыс. кельвин при концентрации электронов до ~1018 см−3). При этом плазма факела, экстрагируемого из совершенно разных образцов, часто обладает схожими характеристиками.
Использование фемтосекундных лазерных импульсов (короче 1000 фс) предельно упрощает процесс мгновенного испарения и ионизации вещества без влияния теплопередачи по объёму образца и экранирования лазерного излучения плазмой факела, формирование которой происходит уже после окончания лазерного импульса. Эти факторы резко улучшают воспроизводимость анализа.
Применение ультрафиолетовых лазеров позволяет обеспечить лучшую эффективность и воспроизводимость лазерной абляции и, следовательно, более высокую точность анализа, чем это достижимо при помощи менее сложных и более распространённых инфракрасных лазеров.
В практических приложениях наибольшие сложности вызывает проблема градуировки и невпечатляющие пределы определения (около 10−3 % с относительной погрешностью 5—10 %). Во многих случаях градуировка остаётся лишь приблизительной.
Уменьшить трудности с градуировкой, воспроизводимостью и правильностью анализа можно в случае абляции короткоимпульсными ультрафиолетовыми лазерами. С целью снижения пределов определения в ЛИЭС иногда используются сдвоенные лазерные импульсы. В идеальном варианте первым коротким ультрафиолетовым импульсом производится лазерная экстракция (создаётся факел), а вторым более длинным инфракрасным импульсом производится дополнительный нагрев плазмы факела.
Плазму лазерной искры можно использовать не только как источник эмиссионных спектров, но и как атомизатор-ионизатор для масс-спектрометрической регистрации ионов. Это уже другой метод — метод лазерно-искровой масс-спектрометрии (ЛИМС) или лазерная микромасс-спектрометрия. Обычно в методе ЛИМС применяют времяпролётные масс-спектрометры, чтобы импульсный характер лазерной искры сочетался с импульсным отбором ионов.
Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия.