激光诱导击穿光谱技术发展与应用
一、基本原理
激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy， LIBS）是用高能量脉冲激光烧蚀材料，使材料表面的微量样品瞬间气化形成高温、高密度的等离子体，发射出带有样品内元素特征波长的等离子体光谱，谱线的波长和强度反映了样品中的元素组成及含量。激光诱导击穿光谱技术基于原子光谱和离子光谱的波长与特定的元素一一对应的关系，而且光谱信号强度与对应元素的含量也具有一定的量化关系，通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品成分的类别和含量信息。
二、激光诱导击穿光谱技术的研究发展
LIBS技术作为一种物质成分检测方法，虽然相比于电感耦合等离子体发射光谱等光谱检测技术在精确度和灵敏度方面尚有不足， 但是LIBS技术的样品需求量少并且无需预处理，对固体、液体、气体、非导电材料和生物样品等各种材料都适用，可同时探测多种元素。为了将LIBS技术进一步向实用化方向推进，提高LIBS探测的可靠性、经济性和准确性，目前研究重点集中在对收集光谱信号的优化上，如增强光谱线信号强度、提高信噪比、降低基体效应、提高探测限等方面。
三、LIBS技术应用
1.环境检测
由于近几十年的工业发展，城市建设等因素导致环境污染日益严重，尤其是重金属污染、水体富营养化等越来越引起人们的重视。这就迫切需要一种快速、原位、远距离、无需制样的技术来实现对环境污染物质的检测和监测。LIBS 可以满足上述要求，可以检测分析任何形态的物质元素（液体，气体，固体），在对水体污染，危险有害废物，气体气溶胶污染物质的检测分析，定量计算等方面都有很广阔的應用前景。
2.食品安全和营养学
目前LIBS技术已被应用于食品、农产品及植物成分的检测研究。应用LIBS技术结合自由定标法分析杨树叶片钙、铁，氮和磷的含量；利用LIBS技术分析了新鲜土豆及皮中的微量元素； 应用LIBS检测焙烤食品中钠及氯化钠的含量；应用LIBS分析了脐橙中镉含量，研究皮蛋壳中铜含量的检测方法等。
3.材料分析
采用激光诱导击穿光谱分析技术对钢样中锰、铬两种微量元素的含量进行测量。锰和铬是钢中两种重要的微量元素，对钢的性能有很大的影响，例如：钢中含有一定量的铬，能够提高钢的耐腐蚀性能，添加适当的锰可以提高钢的强度等。不但如此，LIBS可以对许多材料进行成分元素定性以及定量的分析。
4.军事和太空领域
欧洲太空部计划采用 LIBS 和拉曼光谱联用装置， 用于探测火星表面环境的特征。美国航空与宇宙航行局拟在火星机器人上装备一个基于LIBS 技术的探测装置， 用于 2009 年火星登陆计划 ， 并对火星的表面化学进行详细分析。还可以进行军事中爆炸物探测等方面。
四、发展趋势
1.便携化
对于国内的LIBS技术来说，依然多是基于实验室的研究仪器，需要复杂的参数调节与严格的检测环境。在此背景下，便携式激光光谱分析仪以及体积更小、质量更轻，更适用于野外现场样品快速分析的手持式LIBS仪器—手持式激光光谱分析仪，均能在数秒之内原地完成对固体、液体甚至气体形态的物质的完整元素分析，因此该类便携式仪器可用于地质、环境、安保、古董、冶金、表面处理及电子器件现场分析。
2.专用化
对于不同的使用需求，要开发各种有针对性的实用仪器。专用仪器的使用成本和检测精度都会得到有效的改善。针对特定的检测对象和检测指标，关键还要有大量的、稳定可靠的校正模型以及模型维护和二次开发能力。
3.核心零部件研制与创新
光栅是光谱仪器的核心部件，但目前我国光栅、检测器、扫描装置等部件多依赖于进口。因而，积极采用以及自主研发国产部件对于最终成型仪器的商品化上市以及产品的竞争力具有极大的推动作用。LIBS技术的大力发展，不仅对于技术本身有积极意义，对于零部件国产化的进程也具有极大的促进作用。
4.分析方法的创新
大多数LIBS分析软件依赖于光谱仪的操控，仅仅是获得元素的谱图，而后续再采用第三方软件进行处理。或是通过最小化参数的改变来实现定性测定的要求。可以说，没有合适分析方法的LIBS仪器，仅仅是硬件的堆积。只有加入分析方法学，统计算法学等，才能够实现LIBS技术的有效应用。
五、结语
作为一种快捷、灵敏、可靠的元素检测技术，LIBS 已经证明了其在环境、食品安全、生物医药、材料、军事、太空等多个领域的成功应用。检测样品形态涵盖固、液、气三态，既可以定性也可以定量分析几十种化学元素。随着定量分析原理的改进和实验手段的进步，以及商业化进程的加大和细化，LIBS 技术在未来的环境、医药、材料、食品安全、国防等多个领域会有更大、更广泛的应用。
