Лазерные нити и плазменные решетки индуцируют спектроскопию пробоя в струе жидкости. Авторы и права: Государственная ключевая лаборатория прецизионной спектроскопии, Шанхай, Китай.

Лазерно-индуцированная спектроскопия пробоя (LIBS) — это технология быстрого химического анализа, хорошо разработанная для анализа микроэлементов в газах, жидкостях и твердых телах. Он использует мощный лазерный импульс для создания короткоживущей высокотемпературной плазмы в образце. Когда плазма остывает, она излучает спектральные пики, соответствующие элементам периодической таблицы. Недавние исследования расширили LIBS за счет спектроскопии разрушения нитей (FIBS), которая обладает большей чувствительностью и большей стабильностью. При этом FIBS по своей природе ограничен интенсивностью управляемого лазера в самой филаментации.

Спектроскопия пробоя, вызванная плазменной решеткой (GIBS), может преодолеть ограничения FIBS. Однако эффективная лазерная абляция в жидкости остается серьезной проблемой, поскольку возбуждению плазмы препятствует неизбежное образование ударных волн и микропузырьков, а также резкие изменения давления жидкости, окружающие область абляции.

Как сообщается в Advanced Photonics Nexus, исследователи недавно объединили FIBS и GIBS в качестве эффективного метода чувствительного обнаружения следов металлов в жидкости. Они продемонстрировали сочетание сильных нелинейных взаимодействий нитей (компланарных и неколлинеарных) с различными плазменными решетками для достижения технического новшества, названного «F-GIBS» (спектроскопия разрушения, вызванная нитями и плазменными решетками). F-GIBS был реализован с использованием струй жидкости для анализа водных растворов.

(а) Схема пространственной конфигурации трех филаментов, генерируемых импульсами A, B и C. Параллельная структура представляет собой плазменные решетки, генерируемые нелинейным взаимодействием копланарных филаментов A, B и/или C.
(b) Сравнение FIBS, ГИБС и Ф-ГИБС при разных задержках (0 и ± 50 пс) в водных растворах для спектральных линий элементов Cu и Cr.
Авторы и права: Advanced Photonics Nexus (2023 г.). DOI: 10.1117/1.APN.2.1.016008

Этот метод возбуждения плазмы аккуратно избегает пагубного влияния колебаний поверхности жидкости и пузырьков, образующихся при сильных взрывах плазмы. Два фемтосекундных лазерных луча были связаны неколлинеарно для создания плазменных решеток, покрывающих почти всю струю и возбуждающих жидкий образец. Третья нить была выровнена для нелинейной связи с плазменными решетками в той же плоскости (вертикально к струе жидкости). Нелинейно связанные нити попадали в струю жидкости через границу воздух-вода без случайных разрывов нитей.

По словам старшего автора Хэпина Цзэна, профессора ключевой государственной лаборатории прецизионной спектроскопии Восточно-китайского педагогического университета, «F-GIBS представляет собой многообещающий метод обнаружения микроэлементов в водных растворах с повышенной чувствительностью. Регенеративное возбуждение плазменных решеток, продемонстрированное в этой работе, может служить для улучшения некоторых других уже хорошо разработанных двухимпульсных методов LIBS, таких как повторный нагрев плазмы и лазерная флуоресценция, с повторным возбуждением плазмы с гораздо более короткими временными задержками, что облегчает удобное использование лазеров из тех же источников».