Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия

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 плазмы путём лазерного облучения 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, причем бесконтактно, не касаясь самих образцов (удалённых объектов), без какой-либо пробоподготовки (в случае гомогенного химического состава материала), 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 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 вызывают проблемы градуировки и не впечатляющие пределы определения (около 10⁻³ % с относительной погрешностью 5—10 %). Во многих случаях градуировка остается лишь приблизительной. В случаях анализа материалов, представляющих неоднородные смеси веществ (например руд и металлургических шихт), необходима трудоёмкая пробоподготовка образцов.

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 лазерной микромасс-спектрометрии. Обычно в методе ЛИМС применяют время-пролётные масс-спектрометры, чтобы импульсный характер лазерной искры сочетался с импульсным отбором ионов.

См. также

• Спектроскопия
• Атомно-эмиссионная спектроскопия
• Количественный анализ
• Эмиссионный спектр
• Аналитическая химия — классификация методов анализа

Ссылки

• http://www.anchem.ru/ — портал химиков-аналитиков
• Перспективы аналитической атомной спектрометрии — тенденции развития пяти основных ветвей атомной спектрометрии: абсорбционной, эмиссионной, масс-спектрометрической, флуоресцентной и ионизационной (запросить у авторов по электронной почте: view email).
• Химическая энциклопедия
• В. Копачевский, В. Шпектор, Д. Клемято, В. Бойков, М. Кривошеева, Л. Боброва. «Количественный анализ состава тарных стекол анализатором LEA S500» «Фотоника» 2008, 1
• Лазерная атомно-эмиссионная спектроскопия и оборудование для проведения анализа