卓立漢光“名師講堂”第九期：《激光擊穿光譜的核領(lǐng)域應(yīng)用》圓滿結(jié)束，感謝中國原子能科學(xué)研究院高智星研究員的精彩分享，也非常感謝各位與會嘉賓的積極互動，現(xiàn)為將現(xiàn)場問答分享如下，供各位參考、交流。

精彩問答集錦如下：

1、高老師，您好！LIBS產(chǎn)品可以在現(xiàn)場測金屬材料成分嗎？

可以。目前市面上有手持的LIBS應(yīng)用裝備現(xiàn)場識別金屬材料的儀器，用于庫存管理和廢舊金屬回收。如果需要測量一些非常*的金屬材料成分，也可以另行研發(fā)。

2、高老師，您好！35頁PPT里光學(xué)腔結(jié)構(gòu)如何有效收集發(fā)射光譜？如何去掉入射激光光源譜？

具體參考我們的文件：ZL2015 2 04547474一種增強型等離子體發(fā)光信號收集器

3、氣溶膠檢測那部分是用的遠(yuǎn)程LIBS嗎？高老師課題組應(yīng)該也在做吧？高老師能否簡單介紹下這部分工作，目前能測到多遠(yuǎn)距離？

   我們這個針對的場景是氣態(tài)排放物的在線測量和污染空氣的現(xiàn)場測量。氣溶膠成分的遠(yuǎn)程探測有兄弟單位在做，屬于激光雷達(dá)項目Lidar，應(yīng)該采用望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)傳輸和收集光信號，閃光的幾何收集效率受限，靈敏度可能不會太高。目前對固態(tài)物質(zhì)表面沾染物的探測距離大概是半米到數(shù)十米左右。

4、高老師，針對很容易被激光打壞的材料，LIBS是否可以進(jìn)行檢測？

   LIBS技術(shù)雖然宣稱是無損分析，但實質(zhì)上還是微損分析，本身需要將少量的物質(zhì)（微克或者更少）加熱到等離子體狀態(tài)才能開展光譜分析。對于脆性材料，可以考慮飛秒激光擊穿光譜減少燒蝕量和熱力沖擊。如果應(yīng)用可以接受極小的表面損傷，損傷尺度微米量級，幾乎肉眼難以發(fā)現(xiàn)，可以開展測量。

5、高老師，您好！定性識別元素與拉曼光譜識別技術(shù)的區(qū)別？

   LIBS技術(shù)主要開展元素的識別，屬于原子光譜分析技術(shù)，光譜信號來自外層電子的躍遷。拉曼光譜主要用于分子基團的識別，屬于分子光譜分析技術(shù)，光譜信號來源于分子鍵轉(zhuǎn)動、振動能級的躍遷。

6、高老師，用LIBS技術(shù)定量確定核危險物的含量貌似從實際現(xiàn)場應(yīng)用角度來看不是非常必要的

    核法證學(xué)和材料成分的在線分析需要能實現(xiàn)現(xiàn)場、快速、定量分析的技術(shù)裝備，確實有這方面的需求。關(guān)鍵問題是，LIBS技術(shù)定量測定的準(zhǔn)確度和度能否滿足應(yīng)用的實際需求。業(yè)內(nèi)接受和認(rèn)可LIBS裝備，需要從技術(shù)上演示LIBS定量分析的成熟度和可靠性，作為一種“新技術(shù)”，也需要積極宣傳。

7、高老師，您好！激光器選擇的波長有什么依據(jù)呢

    目前看，各個波段的激光器都有使用，取決于具體的應(yīng)用場景和對象。需要說明的是，激光激發(fā)等離子體往往是一個非線性吸收過程，以多光子效應(yīng)為主，而非共振吸收。當(dāng)然，如果條件允許，選擇激光波長與測試對象共振吸收峰匹配的激光器，可以降低對激光器功率的要求，可能有助于提高光譜強度和準(zhǔn)確度。不建議選用樣品反射率或透過率較高波段的激光器。

8、高老師，激光打到樣品上產(chǎn)生等離子體，是不是必須要金屬樣品才可以呢？對于半導(dǎo)體材料來說，很難產(chǎn)生等離子體效應(yīng)

    金屬樣品很容易產(chǎn)生激光等離子體，大概激光的強度時是每平面厘米兆瓦量級。非金屬材料則需要更高的激光強度，比如每平方厘米吉瓦。透明材料由于吸收系數(shù)較低，甚至需要更高的強度。需要注意，激光強度超過10~100GW，有可能發(fā)生空氣擊穿。半導(dǎo)體材料在紅外區(qū)的吸收可能比較小，建議試試更短波長的激光器，比如可見或者紫外波段的激光器。

9高老師，您好，激光擊穿光譜，一般都選擇什么譜儀？是針對特定譜段嗎？對分辨率通常有什么要求？另外，您這邊涉及紫外、近紅外波段的情況多嗎？比如200nm以下，900多nm，針對這些特殊波段，你們?nèi)绾翁岣咛綔y的靈敏度？謝謝您！

考慮到離子熱運動產(chǎn)生的多普勒展寬等因素，一般認(rèn)為光譜分辨率優(yōu)于0.1nm即可滿足元素識別的需求。如果不做同位素分析，常規(guī)的光纖光譜儀（分辨率0.03-0.05nm）就可以開展一些應(yīng)用研究。實驗室配置的光譜儀因為探測對象不*一，一般光譜范圍涵蓋200-900nm即可。如果有明確的探測對象和元素的光譜范圍，可以根據(jù)具體情況選擇單通道（通常譜寬100nm左右）和多通道光譜儀。

紅外波段的原子發(fā)射譜線不是很豐富，但是可觀測的分子譜線逐漸增多，因此LIBS的一個新的研究方向是開展激光擊穿-分子光譜分析，因為某些分子譜線的同位素位移比較大，可以用于同位素的探測。選用紫外波段的光譜儀，出發(fā)點可能是避免伴生的熒光或拉曼光譜的干擾，提高光譜信噪比。實際上，熒光光譜一般比較寬，可以通過數(shù)值濾波等光譜處理方法扣除。

10 還有個問題，除了LIBS定性的測量，定量的研究，有什么注意事項或者您有什么建議嗎？LIBS+拉曼的研究，目前你們是否有開展？謝謝您！

     如果一定要建議，那么就是根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇定量分析的技術(shù)路線，比如內(nèi)標(biāo)，外標(biāo)和自由定標(biāo)。戶外，現(xiàn)場作業(yè)，個人推薦自由定標(biāo)。

我們研究室有激光拉曼光譜的研究人員，在LIBS/Raman聯(lián)用方面也有所考慮。

11高老師，便攜式設(shè)備的光譜分辨率是多少，鈾和鐵之類的干擾如何進(jìn)一步分辨？

   可以考慮選用多條譜線進(jìn)行判斷，鈾和鐵并不是每一條譜線都距離很近。另外，可以考慮利用人工智能進(jìn)行光譜處理和判讀。

12 橢球腔閃光收集器，是否容易被等離子體的飛濺污染？謝謝老師！

   目前還沒有發(fā)現(xiàn)，在本例中，等離子體冷卻產(chǎn)生的顆粒物應(yīng)該被高速氣流帶出腔室了。

13 高老師，毫克級燒蝕量對核材料的運行影響大么？

   LIBS分析的樣品損耗量是微克量級，基本和產(chǎn)品表面的激光打標(biāo)相當(dāng)，應(yīng)該可以接受。

14我是中科院安光所的張志榮，也從事LIBS研究，水中的核素比如氕氘氚是否可以測量？

   氕氘氚的同位素位移很大，可以測量，需要結(jié)合具體應(yīng)用背景確認(rèn)探測靈敏度，準(zhǔn)確度是否可以接受。比如工藝監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測對水中氚的探測限要求不一樣。

【下期會議預(yù)告，敬請關(guān)注】

2021年3月 王遠(yuǎn)航老師  上海光學(xué)精密機械研究所 基于微區(qū)RS&LIBS的中藥殘留化合物和重金屬檢測技術(shù)研究；