激光诱导击穿光谱技术具有可以实现多种元素同时测量、可以实现原位/在线测量、可以对气体、液体、固体及气溶胶等多种物质进行测 量等优点,被用于空气、水、土壤等环境监测的各个领域。针对不同的检测对象,从样品准备、实验设计、数据处理、应用结果等4个方面 介绍了近年国内外的研究进展。概述了激光诱导击穿光谱技术在环境监测领域中的应用现状和发展前景。

激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)是一种原子发射光谱技术,基本原理是利用强脉 冲激光把待测样品表面烧蚀、激发为等离子体,然后用光谱仪和CCD记录等离子体发射的光谱,对光谱进行分析即可 得到待测物质中元素的种类和浓度信息。LIBS技术由于具有快速、无需对样品预处理、可同时测量多种元素,以及适应固体、液体和气体等多种样品形态的优点,被称 为未来化学分析之星,它在实现气溶胶原位检测上具有极大的应用潜力。

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术作为一种多元素实时检测技术,已被众多研究者用于气溶胶成分的原位 在线分析。对近年来LIBS技术应用于大气气溶胶的研究概况和进展进行了简要综述: 简述了LIBS技术的原理与特点,分析了LIBS用于气溶胶检 测的影响因素,总结了LIBS用于气溶胶分析的研究概况,并介绍了LIBS在大气环境及工业过程中的应用实例。

采用波长1064 nm的调Q脉冲Nd:YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪,搭建了一套激光诱导击穿光谱分析系统。选择土壤中常 见元素AlⅡ(422.68 nm)作为分析线,详细研究激光能量和采样延迟对激光诱导土壤等离子体光谱特性的影响。在相同激光能量下,随着 采样延迟时间增加,信号强度、背景强度、噪声都将减弱,而信噪比则呈现先增大后减小的趋势;在相同采样延迟时间下,增加激光能量, 信号强度、噪声也将增强,而背景强度和信噪比的变化则呈现先增加后减小的趋势。对于某一特定的激光能量, 存在一个与之相对应的 最佳采样延迟时间,随着激光能量增加,最佳延迟时间也会增大。综合考虑采样延迟时间和激光能量对激光诱导等离子体光 谱信噪比的影响,给出了系统的最优化工作参数是激光能量120 mJ、最佳采样延迟时间1.5 μs。

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术是一种基于原子发射光谱的物质成分分析技术,具有无需样品预处理、快速、多元素同时测 量等特点;国内外研究人员在环境监测、工业过程控制、空间探测等多个领域均开展了大量研究工作,已形成较为完善的理论方法体系;在技术设备开发方面虽取得一定 进展,但也存在诸多技术应用难题。综述了现阶段LIBS技术主要研究进展,重点包括光谱获取技术、光谱增强方法、元素识别,及定量分析方法等,分析了LIBS仪器开 发现状与存在的问题,为进一步发展LIBS技术的实用化提供参考。

为了确定激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)的最佳探测时间,采用时间分辨LIBS研究了样品中4种元素Fe、Pb、Ca和Mg的4条 特征谱线峰值强度以及相应的连续背景辐射光谱强度的衰减特性,对特征谱线峰值强度和连续背景辐射光谱强度的比值求极值,获得了特征谱线最佳信 背比(signal-to-background ratio, SBR)所对应时间的计算值。连续背景辐射和特征谱线光谱强度均呈指数形式衰减,4条特征谱线衰减时间分 别为1.42, 1.95, 1.69, 1.65 μs,相应的连续背景辐射衰减时间分别为0.85, 0.93, 0.89, 0.87 μs。 4条特征谱线最佳SBR所对应时间的计算值分别为1.43, 1.77, 1.62, 1.80 μs,最佳SBR所对应的时间的实验测 量值分别为1.5, 2.0, 1.5, 1.5 μs,二者具有较好的一致性。特征谱线峰值强度和连续背景辐射光谱强度的演化规 律能够对最佳SBR出现的时间作出预测。以上研究结果表明,LIBS最佳探测时间与连续背景辐射和特征谱线的衰减规律密切相关,通过对光谱强 度的比值求极值,可以预测谱线最佳SBR出现的时间,此方法为确定LIBS技术探测和分析的最佳时间提供了依据。

利用长时间序列(2007～2014年)的MODIS/Terra数据探讨了江西地区气溶胶光学厚度(aerosol optical depth, AOD)空间变化特征,发现该地区平均AOD呈 现由南往北逐渐递增的趋势,其中,九江和南昌达到最高。同时,利用CALIPSO/CALIOP 垂直特征掩膜获得了气溶胶层与云层的混合和分离状态,计算了气溶胶、 不同子类型气溶胶和云的垂直概率分布和最大似然高度(maximum probability height, MPH)。结果表明:气溶胶主要聚集在1～3.5 km,气溶胶 层和云层混合状态出现的概率高于分离状态。在2～4 km之间,春季污染沙尘出现的概率最高,冬季次之,夏季与秋季相当,而烟尘气溶胶夏季 出现的概率最高,春、冬季相当,秋季次之。基于夜间CALIOP数据计算得到的气溶胶和云的MPH均表现出较大的季节差异性。