雷射誘導擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是一種用於化學多元素定性和定量分析的原子發射光譜技術。LIBS技術透過高能雷射脈沖在樣品表面產生電漿，並檢測其發射光譜來確定樣品的元素組成。與傳統的元素檢測技術相比，LIBS具有無需樣品制備、快速、幾乎無失真等優點，被譽為「未來化學分析之星」。
工作原理
1.雷射脈沖與樣品交互作用
-高能雷射脈沖：一束高能脈沖雷射聚焦在樣品表面，當雷射輻照度超過樣品的擊穿閾值時，少量材料將被燒蝕和激發，產生高溫電漿。
2.電漿的生成與冷卻
-電漿生成：雷射脈沖在樣品表面產生電漿，電漿內包含電子、離子、原子、分子和微粒等，整體呈電中性。
-電漿冷卻：在雷射脈沖結束時，電漿迅速擴散並冷卻。
3.光譜發射與檢測
-光譜發射：處於激發態的原子和離子從高能態遷移回低能態，並行出具有特定波長的特征光放射線。
-光譜檢測：用靈敏的光譜儀對電漿發射光譜中的譜峰位置、峰強等資訊進行分析，辨識樣品中的元素種類和相應的含量。
動力學過程
在雷射誘導擊穿光譜的動力學過程中，雷射脈沖導致樣品表面材料的燒蝕和電漿的形成。電漿中的粒子在高能階和低能階之間躍遷，並行射出特征光譜線。利用光譜儀檢測這些特征光譜線，可以進行材料的辨識、分類、定性以及定量分析。
能階躍遷示意圖
當雷射脈沖結束後，電漿中被激發的粒子會從高能階向低能階躍遷，並行射特征譜線。特征譜線的波長(lambda)可以表示為：
[lambda=frac{ccdot h}{E_k-E_i}]
其中：
-(c)為光速
-(h)為普朗克常量
-(E_k)為高能階的能量
-(E_i)為低能階的能量
用光譜儀采集電漿發射的特征譜線可以得到類似於下圖所示的LIBS光譜圖。電漿中各種元素的比例通常與燒蝕樣品的元素比例一致，透過分析特征譜線的強度，可以定量分析出樣品中各種元素的含量。
LIBS系統的優勢
1.快速多元素檢測
-同時檢測多種元素：LIBS系統能夠同時檢測樣品中的多種元素，如碳(C)、鋰(Li)、矽(Si)等。
-高效分析：與傳統方法相比，LIBS技術無需樣品制備，能夠實作快速、即時的元素分析。
2.無失真分析
-幾乎無失真：由於雷射燒蝕的樣品量極小，LIBS分析對樣品幾乎無失真。
-適用廣泛：適用於多種型別的樣品，包括固體、液體和瓦斯。
3.高靈敏度和準確性
-檢測限：LIBS系統的檢測限很大程度上取決於樣品型別、具體元素以及儀器配置。通常，LIBS檢出限可以做到10 ppm到100 ppm，對於均質材料甚至可以達到<1%的相對標準偏差。
LIBS定量標定需要註意事項
在使用LIBS做定量分析前，需要制備樣品並進行一系列的物質準備。在LIBS測量中，需要註意以下幾點：
1.雷射聚焦
-精確聚焦：確保雷射精確聚焦到樣品上，以獲得穩定的電漿訊號。
2.樣品表面條件
-清潔處理：樣品表面的粗糙程度、油汙、指紋和灰塵等汙染都會影響測量結果。因此，需要對樣品表面進行清潔處理。
-預燃處理：對於存在氧化層的樣品，可以在標定或測量前發射幾個雷射脈沖以去除氧化層，這個過程稱為預燃。
3.獲取光譜與譜線選取
-多次轟擊平均：為了提高測量精度，對樣品同一個點多次轟擊，平均光譜個數取決於樣品，一般為10至500次。
-無重疊譜線選擇：選取無重疊的光譜線，並對光譜訊號進行平均處理，以獲得更穩定的測量結果。
結論
LIBS技術憑借其快速、無失真、多元素同時檢測的特點，在元素分析領域展現了巨大的潛力。特別是在需要快速、現場檢測的套用場景中，LIBS技術提供了一種高效、可靠的解決方案。隨著技術的不斷進步和套用的日益廣泛，LIBS技術有望在未來的化學分析中發揮更加重要的作用。
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