赛谱司亮相第四届亚洲激光诱导击穿光谱学术研
发布日期：2021-10-20 17:09浏览次数：
大会主席/中国海洋大学 郑荣儿教授致辞
激光诱导等离子体光谱，现在通常称为LIBS（激光诱导击穿光谱），大约在20世纪60年代早期与激光发明的同一时间开始起步。从那时起，国际科学界开始研究理解和控制这一有趣的瞬态现象的基本机制，并将其用于许多分析应用。随着美国宇航局和中国国家航天局的探测器在火星上工作，LIBS作为原子光谱分析的未来巨星，越来越受到全世界的关注。如今，LIBS已被广泛应用于工业、农业、地质、艺术、医学、海洋、火星探测、核聚变和核安全等领域，是光谱分析领域最活跃的细分研究领域之一。 但是，LIBS技术涉及多个科学领域，如激光-物质相互作用、等离子体物理、原子物理、等离子体化学、光谱学、电光和信号处理等；其等离子体是瞬态的，不同于静止的电感耦合等离子体、电弧等离子体或辉光放电等离子体，这一特性决定了将用于其他发射光谱技术的一些工具转移到LIBS上的能力受到一些限制；相对较高的测量不确定度和误差是LIBS技术发展和广泛应用面临的挑战。 近十年来，中国LIBS领域发展迅猛，已成为世界LIBS领域最有活力的一股力量。自2011年第一届中国LIBS研讨会召开以来，已成功举办8届；2014年，“第八届LIBS国际研讨会”在北京召开；2015年，第一届亚洲LIBS研讨会在武汉召开；2015年，中国LIBS专业委员会在中国光学工程学会的支持下成立；2019年，第一届国际LIBS峰会在北京成功举行；2021年第四届亚洲LIBS研讨会在青岛召开；这些都标志着中国LIBS的高速发展，已经成为世界LIBS学会非常重要的一份子。 经过LIBS人不断努力专研，LIBS技术快速发展，如今正处于实现大规模商业应用的关键期。不过，这一时刻更加需要大家提高对LIBS基本原理的理解、构建更优化的LIBS系统、建立更复杂和准确的量化方法、获得更多的应用经验等，才能顺利突破瓶颈，实现高速发展。
大连理工大学 丁洪斌教授
报告题目：Key issues of LIBS on-line analysis and its application in the fusion research
近年来，LIBS被开发用于表征EAST和HL-2A/M托卡马克以及W7-X聚变仿星器中杂质的共沉积、燃料保留、第一壁面的壁面调节。LIBS在聚变元素分析中面临的主要挑战来自两个方面:一是由于壁面成分复杂，LIBS光谱强度受到基体效应的强烈影响；其次，LIBS信号来源于时空变化等离子体，尤其是在托卡马克真空条件下。为了实现
LIBS分析的高精度，必须通过硬件消除或降低影响LIBS稳定性和精度的矩阵效应和瞬态等离子体参数的波动，或通过算法软件进行补偿。 目前，丁洪斌教授团队和其他团队已经研究了多种提高LIBS信号强度和等离子体稳定性的方法，包括极化分辨率约束、磁场约束、双脉冲(长+短)和利用微、纳、皮和飞秒激光的直流放电增强。为了了解基体效应，其团队近年来研究了基体样品的化学状态、硬度、电导率和温度对LIBS的影响，结果显示前景乐观。
环境气体的性质对激光诱导等离子体的演化过程有重要影响，从而影响激光诱导击穿光谱（LIBS）的信号质量。在这项工作中，侯宗余教授通过改变激光诱导等离子体的环境，包括气体混合物、火焰和介质阻挡放电（DBD），来改善LIBS的信号质量，分析了不同环境的影响及机理。结果表明，混合气体和火焰都能同时提高信号强度和信号重复性，而DBD的主要作用是降低激光能量对等离子体和LIBS信号的阈值。
激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种理想的实时在线检测方法。然而，对于LIBS产生的高密度等离子体，自吸收通常是一种不期望的效应，因为它不仅降低了真实的线强度，在线强度随发射物质浓度的增长中引入了非线性效应，而且还影响了等离子体的表征参数，最终影响定量分析的准确性。由于等离子体电子温度（T）、辐射粒子数密度和吸收路径长度（Nl）决定了自吸收程度并影响校正谱线强度，因此侯佳佳团队提出了一种新的基于温度迭代的自吸收校正方法来连续计算和校正这两个参数，最终实现自吸收校正。与常用的自吸收校正方法相比，该方法具有编程简单、计算效率高、与谱线展宽系数的可用性或精度无关等明显优点。钢合金样品的实验结果表明，随着Boltzmann图线性度的增加，自吸收得到了校正，元素浓度的测量精度显著提高。此外，该方法可以直接获得辐射粒子数密度和吸收路径长度，有利于等离子体诊断和定量分析。
华中科技大学 郭连波教授
报告题目：Fundamentals, methods and applications of laser-induced breakdown spectroscopy
在过去60年中，我们对激光诱导等离子体、应用和仪器的理解都发生了很大的变化。基本原理是必不可少的，而且它们仍然需得到解决。然而，实证研究现在似乎占据主导地位，因为其目标是实现可再现行为——应用的支柱。早期的仪器被开发出来，但不能满足工业要求；不是因为技术本身，而是因为当时激光、光谱仪和计算机也刚刚开发出来，性能等各方面还不是那么可靠。如今，激光、光谱仪和计算机已经发展到了一个高度，即灵敏、准确和精确的LIBS正成为主流。随着世界意识到可以使用这项21世纪技术来取代陈旧的化学消解分析方法，未来对于基于LIBS的商业化LA（激光烧蚀）产品的需求将不断增加。 LIBS的基础是激光烧蚀，即短脉冲激光束去除质量（取样）以进行后续分析的取样过程。烧蚀后的物质在样品表面加热成发光的光学等离子体，通过光谱测量元素和同位素含量。当等离子体冷却时，质量凝结成细气溶胶，可输送至电感耦合等离子体（ICP）进行灵敏和精确的同位素分析。ICP-MS（ICP-MS）是同位素痕量分析的理想选择，尤其是较重的元素。LIBS非常适合分析主要浓度和轻元素，包括O、N、H和卤素。这两种检测方式相辅相成。一项新技术LAMIS（激光烧蚀分子同位素光谱）可以在大气压力下测量激光等离子体中的同位素，除了原子和离子线光谱外，还测量分子发射带光谱。LIBS、LA-ICP-MS和LAMIS联合使用，具有了测量周期图上能够激光烧蚀的每种元素和同位素的能力。
在LIBS许多基础研究和应用研究中，以及对基本等离子体物理的理解中，已经开发了信号增强技术以提高LIBS的准确性和检测能力；并开发了LS-DP-LIBS方法，通过使用长宽度脉冲激光辐射控制等离子体冷却过程来提高检测能力和测量精度。在长脉冲激光辐射等离子体冷却过程中，短脉冲激光产生的等离子体被稳定并保持在高温。自动对焦技术也是LIBS应用于实际领域的关键技术之一，在许多LIBS应用中，到测量目标的距离会移动，这使得稳定测量变得困难。目前已经开发了自动聚焦技术，通过基于使用二维测距仪的距离测量结果控制自动电动工作台，自动调整激光和LIBS信号聚焦。在本研究中，研究了具有自动聚焦技术的LS-DP-LIBS在工业中的应用情况，研究证明LIBS在过程控制中的能力。
