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《名家專欄》激光等離子體小优视频官方下载技術（LIPS）係列專欄第六篇文章，邀請中國原子能科學研究院高智星研究員、王遠航老師及其團隊，對幾種激光誘導等離子體小优视频官方下载增強技術進行全麵介紹。

激光誘導等離子體小优视频官方下载（laser-induced plasma spectroscopy, LIPS）技術是一種原子小优视频官方下载分析技術，原理如圖1所示。該技術通過將高能激光脈衝直接聚焦於樣品表麵，瞬間完成取樣、原子化及激發的全過程，同時利用小优视频官方下载儀采集樣品表麵激光誘導等離子體的發射小优视频官方下载，完成被測樣品所含元素的定性和定量分析[1]。與原子熒光小优视频官方下载法（AFS）、原子吸收小优视频官方下载法（AAS）、（ICP-AES）、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）等常規檢測方法相比，LIPS無需複雜的樣品前處理，具有操作簡單、檢測速度快、可原位檢測、可現場檢測、可實時檢測等優點[2,3]。然而，與現有成熟的元素檢測技術相比，LIPS檢測靈敏度較低，製約了LIPS技術的推廣和應用；因此，激光誘導等離子體小优视频官方下载增強技術被廣泛的關注和研究。雙脈衝增強LIPS、磁約束增強LIPS、空間約束增強LIPS、納米顆粒增強LIPS是目前常用的LIPS增強技術，本文對以上技術進行介紹，並對其技術原理和技術特點進行分析。

圖1. LIPS技術原理示意圖

雙脈衝增強LIPS（DP-LIPS）

雙脈衝增強LIPS（Double-Pulse LIPS, DP-LIPS）是一種簡單、有效的等離子體輻射小优视频官方下载增強方法，通過將兩束激光按時間先後順序燒蝕樣品，可以獲得比傳統單脈衝LIPS更強的等離子體輻射小优视频官方下载。根據兩束激光的空間關係和時間順序，雙脈衝LIPS可以分為共線雙脈衝LIPS、正交預燒蝕雙脈衝LIPS、正交再加熱雙脈衝LIPS和交叉雙脈衝LIPS，如圖2所示。

共線雙脈衝LIPS的兩束脈衝激光采用共光路設計，第一束激光經過透鏡聚焦後垂直照射在樣品表麵並產生等離子體，第二束激光在延時後經過同一光路聚焦並作用於等離子體，對等離子體加熱，提高等離子體輻射小优视频官方下载強度[4]。正交預燒蝕雙脈衝LIPS兩束脈衝激光采用正交設計，第一束激光平行於樣品表麵入射並擊穿空氣，第二束激光在延時後垂直於樣品表麵入射並產生等離子體；由於第一束激光擊穿空氣後導致環境氣體變得稀薄，為等離子體演化提供了合適的氣體環境，因此可以提高離子輻射小优视频官方下载強度[5]。正交再加熱雙脈衝LIPS中第一束激光垂直照射在樣品表麵，並產生激光誘導等離子體，第二束激光在延時後平行入射，對第一束激光產生的等離子體進行再次加熱，提高等離子體輻射小优视频官方下载強度。交叉雙脈衝LIPS兩束激光呈一定角度交叉配置，按時間順序先後入射樣品表麵，通過對激光誘導等離子體二次加熱提高輻射小优视频官方下载強度[6]。

圖2. DP-LIPS雙脈衝空間及時序關係示意圖

空間約束增強LIPS（ SC-LIPS）

空間約束增強LIPS（Spatial Confinement LIPS, SC-LIPS）是一種成本較低的等離子體輻射小优视频官方下载增強方法，通過采用空間約束裝置對等離子體的膨脹過程進行約束，可以提高等離子體輻射強度。激光誘導等離子體產生後，等離子體羽流向外快速膨脹，當膨脹過程中撞到空間約束裝置時會產生一個反作用力，使等離子體壓縮，等離子體壓縮後體積變小，內部粒子碰撞幾率增加，導致等離子體輻射小优视频官方下载強度增加[7,8]。常用的空間約束裝置有平行板、圓柱形腔、半球形腔等，約束腔結構如圖3所示。

圖3. SC-LIPS裝置結構示意圖

磁約束增強LIPS（MC-LIPS）

磁約束增強LIPS（Magnetic Confinement LIPS, MC-LIPS）與空間約束增強LIPS具有相似的原理，都是通過約束等離子體提高等離子體輻射強度。磁約束是通過磁場的方式對等離子體進行約束，通過將待測樣品放置在電磁鐵或永磁體產生的磁場中，激光照射樣品後產生激光誘導等離子體，等離子體在磁場中受到磁力約束，內部粒子碰撞幾率增加，導致等離子體輻射小优视频官方下载強度增加[9,10]。磁約束LIPS裝置結構如圖4所示。

圖4. MC-LIPS裝置結構示意圖

微波增強LIPS（MA-LIPS或MW-LIPS）

微波增強LIPS（Microwave-Assisted LIPS, MA-LIPS或MW-LIPS）是一種將微波探針產生的電磁能直接作用於激光誘導等離子體的LIPS信號增強技術。MA-LIPS在傳統LIPS係統中引入了微波發射係統，微波發射係統可以產生高能量、高頻率的微波；在等離子體產生過程中，微波所攜帶的電磁能可以直接耦合進等離子體中，通過對等離子體充能可以使等離子體溫度升高，導致內部粒子碰撞加劇，從而提高等離子體輻射小优视频官方下载強度，並將等離子體壽命從幾微秒延長至幾百微秒[11]。微波增強LIPS裝置結構如圖5所示。

圖5. MA-LIPS裝置結構示意圖

納米顆粒增強LIPS（NE-LIPS）

納米顆粒增強LIPS（Nanoparticle-Enhanced LIPS, NE-LIPS）通過將尺寸在納米至百納米量級的金屬顆粒沉積在樣品表麵，利用激光與納米顆粒作用過程中納米顆粒傳導電子震蕩和表麵等離子激元共振提高激光誘導等離子體輻射小优视频官方下载強度。NE-LIPS的小优视频官方下载增強機理主要分為兩個方麵：首先，照射在納米顆粒表麵的激光脈衝可以誘導納米顆粒中傳導電子產生相幹和集體振蕩，提高了納米顆粒附近以及納米顆粒間隙的電場強度，在局部增強了入射激光的脈衝能量，使激光誘導擊穿小优视频官方下载強度提升；其次，激光脈衝與納米顆粒的表麵等離子激元共振（Surface Plasmon Resonance, SPR），提高了納米顆粒的熱吸收效率，納米顆粒吸收了大部分激光能量並有效加熱樣品，使激光誘導擊穿小优视频官方下载強度提升[12]。圖6是納米金增強LIPS示意圖。

圖6. NE-LIPS示意圖

參考文獻：

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人物介紹

高智星，研究員，主要從事激光與物質相互作用、激光等離子體小优视频官方下载研究。參與並負責科技部、裝備發展部多項科技發展項目。相關工作發表論文20餘篇，授權專*10餘項，擔任Matter and Radiation at Extremes等期刊審稿人。

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