电火花诱导击穿光谱(SIBS)技术是一种基于原子发射光谱学的物质浓度与成分的定性、 定量分析技术。 与传统的实验室分析技术如电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)、 原子吸收光谱(AAS)、 质谱(MS)等相比具有实时、 实地、 在线快速检测、 高灵敏度以及低成本、 小体积、 维护简单等优点。 目前对该技术已有的研究集中在气溶胶成分分析、 土壤成分分析、 金属颗粒物浓度检测、 水泥成分分析等方向, 在环境监测、 工业卫生、 食品安全、 生物医疗等领域都有广泛且良好的应用前景。 从SIBS技术的基本原理入手, 综述了其光谱分析的原理, 即利用高压脉冲电源产生的电火花激发被测物体表面, 使被测物体在电源正负极间产生等离子体, 利用光谱仪光纤探头收集等离子体冷却过程中通过跃迁放出的光子与特征辐射谱线, 由于不同元素具有独特的特征谱线, 进而可以根据特征谱线对被测物质进行成分与浓度的定性和定量分析; 接着分析了影响SIBS技术光谱图像和光谱分析的相关因素如脉冲电源参数、 电极材料与入射角度和等离子体本身特性等, 并定量地指出了部分因素与光谱信号强弱的关系; 综述了该技术在发展过程中的一些技术革新和应用创新如激光+电火花诱导(LA-SIBS)、 高重复频率激光烧蚀电火花诱导击穿(HRR-LA-SIBS)、 超声波雾化+电火花诱导(UN-SIBS)、 粒子流电火花诱导击穿(PF-SIBS)等, 并简要说明了SIBS技术目前应用的一些领域、 应用特点以及对该技术未来发展方向的启示; 根据电火花诱导击穿光谱技术的原理缺陷以及在应用中暴露出来的一些问题, 列出了该技术目前面临的挑战如设备技术成本、 电火花能量、 环境噪声、 样品污染等; 最后, 对电火花诱导击穿光谱技术未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

为了建立一套高灵敏和低成本的液体样品金属元素检测分析方法, 设计制造了一套超声波雾化辅助电火花击穿光谱(UN-SIBS)的实验系统。 利用超声波雾化装置将液体样品转化为密集小液滴组成的气溶胶, 并使用高压放电线圈和铜电极击穿气溶胶样品诱导等离子体, 通过采集分析光谱信号实现对样品金属成分的分析。 实验研究了该方法的发射光谱谱线特性, 对等离子体的电子温度和密度等物理特性参数进行了计算分析。 针对含有不同浓度重金属铅(Pb)元素的样品, 在较大的浓度范围内绘制了Pb元素261.37 nm处的原子峰强度随质量浓度变化的曲线。 实验结果显示, UN-LIBS方法对Pb元素检测限不高于2.07 ppt, 优于同类方法所报道的检测限。 同时, 与金属活性相对较低的钙(Ca)元素SIBS检测结果进行了比较, 分析了UN-SIBS方法的相关机理。