激光诱导击穿光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, 简称LIBS）是一种快速、无需或少预处理、可实现原位和在线分析的原子发射光谱方法，近年来在材料科学、环境监测、地质勘探、文物保护和工业质量控制等领域得到广泛应用。作为化学检验员，掌握LIBS技术的基本原理和应用特点，有助于拓展元素分析手段，提升检测效率。

一、基本原理

LIBS利用高能量脉冲激光束聚焦于样品表面，在极短时间内（纳秒级）使微小区域的物质瞬间蒸发、电离，形成高温高压的等离子体（温度可达10000 K以上）。等离子体中的原子和离子在冷却过程中发射出具有特征波长的光。

通过光谱仪收集并分光，检测器记录各元素的特征发射谱线，根据谱线波长进行定性分析（识别元素种类），根据谱线强度进行定量或半定量分析（估算元素含量）。

整个过程可在空气中完成，通常无需复杂样品制备，属于微损或无损检测技术。

二、仪器主要组成部分

激光源

常用调Q Nd:YAG激光器（波长1064 nm），脉冲能量在mJ到数百mJ，脉宽约5–10 ns。

激光通过透镜聚焦到样品表面。

光学收集系统

使用透镜或光纤收集等离子体发射的光信号。

光纤将光导入光谱仪。

光谱仪与检测器

采用中阶梯光栅或光栅光谱仪进行色散。

检测器多为ICCD（增强型电荷耦合器件）或CCD，具备高灵敏度和时间分辨能力。

控制系统与数据处理系统

计算机控制激光发射、光谱采集和延迟时间。

软件进行谱线识别、背景扣除、干扰校正和定量建模（如PLS、PCA等化学计量学方法）。

样品平台

可手动或自动调节样品位置，实现多点扫描或成像分析。

三、分析流程

样品准备

金属、合金、岩石、陶瓷、塑料等固体样品通常无需制样，只需表面清洁（去除油污、氧化层）。

液体或粉末样品可压片或置于容器中分析。

参数设置

设定激光能量、聚焦位置、光谱仪积分时间、探测延迟时间（避免连续背景光干扰）等。

激发与采集

激光照射样品表面，产生等离子体闪光。

在最佳延迟时间（通常0.1–1 μs）后开启检测器，采集发射光谱。

数据分析

识别特征谱线，确定元素组成。

利用标准样品建立校准模型，实现定量分析。

可进行元素分布成像（mapping），显示样品表面元素空间分布。

四、主要特点

无需或少预处理：可直接分析固体样品，极大缩短前处理时间。

快速高效：单次测量仅需几秒，适合大批量或在线检测。

多元素同时分析：一次激发可检测多种元素（金属和部分非金属如C、H、O、N）。

微损检测：激光烧蚀点直径通常为几十至几百微米，对样品损伤极小。

可实现原位与远程分析：可用于现场检测、危险环境或不可移动样品（如文物、管道内壁）。

适用于多种样品类型：导体、非导体、有机物、无机物均可分析。

五、应用领域

金属材料分析：钢铁、铝合金、铜合金等牌号识别、成分快速筛查。

地质与矿业：岩石、矿石中主量和微量元素的现场检测。

环境监测：土壤重金属污染检测、粉尘成分分析。

工业过程控制：在线监测生产线上的材料成分。

文物保护：文物材质鉴定，避免取样破坏。

食品安全：包装材料、污染物元素筛查。

航空航天：复合材料、涂层成分分析。

六、优势与局限性

优势：

分析速度快，适合现场和在线检测；

样品适应性强，无需复杂制样；

可实现元素分布成像；

便携式设备可用于野外或工业现场。

局限性：

精密度和准确度相对较低：受表面状态、激光稳定性、基体效应影响较大，RSD通常为5%–15%；

检测限较高：一般在ppm到0.1%之间，不适合超痕量分析；

定量分析依赖标准样品和模型：需建立可靠的校准曲线或化学计量模型；

表面敏感：结果易受样品表面污染、粗糙度、氧化层影响。

七、注意事项

样品表面处理：对金属样品建议打磨，确保表面均匀。

激光聚焦：保持焦距准确，避免信号波动。

环境控制：在空气中测量时，注意氮气分子带（如300–400 nm区域）可能干扰某些元素谱线。

安全防护：激光属于3B或4类激光，操作时佩戴专用护目镜，防止激光直射眼睛或皮肤。

定期校准：使用标准样品定期验证仪器性能。

总结

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一项具有广阔前景的现代分析技术，尤其适合化学检验员在快速筛查、现场检测和原位分析场景下使用。虽然其定量精度不如ICP-AES或火花直读光谱，但其“快、简、便、广”的特点使其成为传统实验室分析方法的有力补充。

化学检验员应理解其原理，掌握操作要点，合理评估其适用范围，在实际工作中充分发挥LIBS技术的优势，提升检测效率与灵活性。同时，结合其他分析手段进行交叉验证，确保结果的可靠性。