Quang phổ đánh thủng do tia laser gây ra, hay LIBS, đã phát triển đáng kể trong thập kỷ qua. Nó có thể phân tích chất rắn, chất lỏng và khí và có thể trả lại kết quả nhanh chóng, với rất ít thiệt hại cho mẫu. Không chỉ vậy, nó có thể thực hiện công việc của mình từ xa, không giống như một số công cụ phân tích yêu cầu mang mẫu đến phòng thí nghiệm. Ví dụ, LIBS đang được sử dụng để phát hiện các chất gây ô nhiễm bề mặt trong một số lò phản ứng hạt nhân trên thế giới. Tia laser trong các hệ thống này nằm cách bề mặt lò phản ứng vài mét nhưng vẫn có thể hoạt động hiệu quả. Các hệ thống này giữ hầu hết các thiết bị đo sau vật liệu che chắn, chỉ có một gương và một thấu kính (được sử dụng để điều hướng và tập trung chùm tia laze tương ứng) tiếp xúc với bức xạ hạt nhân.
Chúng tôi sẽ xem xét các ứng dụng thực tế khác của LIBS trong giây lát, nhưng chính xác thì nó hoạt động như thế nào? Giống như LA-ICP-OES, LIBS sử dụng tia laser để cắt các hạt nhỏ khỏi bề mặt mẫu. Nhưng trong LIBS, chính tia laser tạo ra plasma thay vì một ngọn đuốc plasma . Chúng ta hãy xem xét bốn phần chính của một hệ thống LIBS điển hình và cách chúng hoạt động. Sơ đồ trên cho thấy một sơ đồ của thiết lập.
- Tất nhiên, tia laser là mục đích kinh doanh của thiết bị. Nói chung, các hệ thống LIBS sử dụng một loại laser granat yttrium nhôm pha tạp neodymium (Nd: YAG) ở bước sóng cơ bản của nó là 1,064 nanomet, nhưng nhiều loại laser khác nhau đã được sử dụng. Tia laser không làm nổ mẫu bằng chùm tia không ngừng. Thay vào đó, nó bắn ra các xung, với mỗi xung kéo dài khoảng 5 đến 20 nano giây.
- Ánh sáng lazeđi qua một thấu kính, thấu kính này tập trung năng lượng vào mẫu. Một số hệ thống hoạt động trên băng ghế phòng thí nghiệm và chứa các mẫu nhỏ, có thể dày vài cm, được đặt bên trong buồng. Các hệ thống khác có thể được đưa đến một địa điểm từ xa và được sử dụng để phân tích các đối tượng lớn hơn. Trong cả hai trường hợp, tia laser càng hội tụ chặt chẽ thì càng cần ít năng lượng để phá vỡ mẫu. Trên thực tế, các xung laser trong LIBS thường mang năng lượng chỉ từ 10 đến 100 milijoule. Để đặt điều đó vào ngữ cảnh, hãy nghĩ đến năng lượng cần thiết để nâng một quả táo lên thẳng một mét. Điều đó tương đương với một joule. Một millijoule là 0,001 jun - ít năng lượng hơn đáng kể. Tuy nhiên, điều đó vẫn đủ để cắt giảm một số tài liệu mẫu. Khi các hạt được loại bỏ khỏi bề mặt mẫu, chúng bị ion hóa để tạo thành một chùm plasma nhỏ,
- Khi chùm plasma mở rộng, các nguyên tử thành phần trong khí bị ion hóa trở nên kích thích. Chỉ trong vài micro giây, các nguyên tử bị kích thích bắt đầu giãn ra, dẫn đến phát xạ quang phổ đặc trưng. Ánh sáng phát ra truyền qua một loạt thấu kính thu, các thấu kính này hội tụ ánh sáng và đưa nó đến một hệ thống sợi quang . Hệ thống cáp quang mang ánh sáng đến một máy quang phổ.
LIBS có một số lợi ích. Bởi vì mẫu không cần chuẩn bị đặc biệt, quá trình này tương đối đơn giản và không tốn kém. Không chỉ vậy, LIBS có thể được sử dụng để xác định thành phần nguyên tố của bất kỳ mẫu nào, không giống như một số kỹ thuật tuyệt vời trong việc phân tích chất rắn, nhưng không phải chất lỏng và chất khí. Ngay cả những vật liệu rất cứng cũng là một trò chơi công bằng vì tia laser mang rất nhiều năng lượng. Nhưng một trong những lợi ích lớn nhất của LIBS là khả năng cung cấp thông tin mà không phá hủy mẫu. Tia laser loại bỏ ít hơn một miligam vật chất, thực tế là không thể nhìn thấy được. Như chúng ta sẽ thấy ở trang tiếp theo, điều này làm cho LIBS trở thành một giải pháp lý tưởng để phân tích các vật phẩm có giá trị, chẳng hạn như tranh vẽ hoặc hiện vật khảo cổ.
