يُعدّ التحليل الطيفي بالانهيار المُستحث بالليزر (LIBS) تقنيةً لتحليل العناصر تعتمد على الاستئصال بالليزر وانبعاث الطيف الذري. وهي طريقة كشف دقيقة التدمير، وتنقسم عملية الكشف إلى ثلاث خطوات: الاستئصال بالليزر، وتبريد البلازما وانبعاثها، والكشف الطيفي. ومنذ ظهورها، حظيت هذه التقنية بدراسة وتطبيق واسعين نظرًا لمزاياها الفريدة، مثل التحليل السريع في الوقت الحقيقي، والكشف المتزامن عن عناصر متعددة، والكشف دون تلامس، وتعدد استخداماتها، وحساسيتها ودقتها العالية، وسهولة حملها.

تستخدم تطبيقات LIBS التقليدية حاليًا في الغالب ليزر YAGالليزر ذو النبضات فائقة القصر (فيمتوثانية/بيكوثانية)، أو ليزر ثاني أكسيد الكربون، إلخ. لكل منها مزاياها وعيوبها. وقد شهد تطوير ليزر زجاج الإربيوم يوفر بعض التوجهات المحتملة لتطبيقات LIBS.

خصائص ليزرات زجاج الإربيوم:

تُصدر ليزرات زجاج الإربيوم ضوءًا متوسطًا تحت أحمر بطول موجي 1535 نانومتر، وهو طول موجي آمن للعين البشرية. وهي مناسبة لتطبيقات الطاقة المتوسطة (مستوى الميلي جول) ومعدل التكرار المنخفض (1-10 هرتز)، كما أنها مناسبة لتقنية الكشف بالليزر (LIBS) التي تتطلب طاقة عالية للنبضة الواحدة. مع ذلك، فإن موصليتها الحرارية منخفضة نسبيًا، مما يُصعّب دعمها لطاقة تشغيل مستمرة عالية، ولكن يمكن تلبية متطلبات النبضات من خلال تحسين تبديد الحرارة.

المزايا المحتملة:

(1) تحسين الكشف عن مواد محددة

تتميز المواد العضوية والبلاستيك والمركبات المحتوية على الهيدروجين، وغيرها، بامتصاص أقوى عند طول موجي 1535 نانومتر. وقد يؤدي استخدام ليزرات زجاج الإربيوم كمصدر للضوء إلى زيادة كفاءة إثارة البلازما وتعزيز قوة الإشارة.

قد تقلل أطوال الموجات المتوسطة للأشعة تحت الحمراء من انعكاس سطح المعادن والمواد الموصلة الأخرى، وتقلل من تأثير المصفوفة، وتحسن استقرار التحليل.

(2) سلامة العين وسهولة الحمل

لا يتطلب الأمر حماية صارمة، وهو مناسب للبيئات المفتوحة (مثل التعدين، والمراقبة البيئية، وما إلى ذلك في المواقع الميدانية/الصناعية).

تتميز ليزرات زجاج الإربيوم ببنية مدمجة وحجم صغير، مما يجعلها مناسبة لتطوير أجهزة LIBS المحمولة.

(3) تقليل تلف العينة

إن عتبة الاستئصال للعينات الحساسة للحرارة (مثل الأنسجة البيولوجية والآثار الثقافية) أقل، مما قد يقلل الضرر ويجعلها مناسبة للتراث الثقافي أو التحليل الطبي الحيوي.

التحديات والقيود:

(1) كفاءة إثارة البلازما: قد يكون طول موجة ليزر زجاج الإربيوم أكثر صعوبة في تأيين بعض العناصر (خاصة العناصر ذات طاقة التأين العالية) من الأشعة فوق البنفسجية / الضوء المرئي، ويجب تحسين المعلمات التجريبية (مثل عرض النبضة وظروف التركيز).

(2) التداخل الطيفي: قد يؤدي إثارة ليزرات زجاج الإربيوم إلى إنتاج إشعاع خلفية مستمر أقوى، والذي يجب قمعه من خلال الكشف المتأخر أو الترشيح الطيفي.

اتجاهات البحث المستقبلية:

(1) نظام LIBS ثنائي الحزمة: يجمع بين ليزر زجاج الإربيوم (المعالجة المسبقة / الاستئصال) وليزر Nd:YAG (إثارة البلازما) للاستفادة من مزايا كل منهما.

(2) تطوير أجهزة كشف جديدة: أجهزة كشف عالية الحساسية تتوافق مع نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

(3) تطبيقات خاصة بالمواد: حلول LIBS خاصة بالمواد العضوية، أو العينات التي تحتوي على الماء، أو المواد الصناعية المحددة (مثل البوليمرات والفحم).

نظرة عامة على سيناريوهات التطبيق:

(1) المجالات الحساسة للسلامة: الكشف في الموقع في مجال الطيران والفضاء والمجالات الأخرى التي تتطلب سلامة العين.

(2) العينات البيولوجية والبيئية: التحليل السريع للعينات التي تحتوي على الماء أو المكونات العضوية (مثل المعادن الثقيلة في التربة، والمغذيات النباتية).

(3) الأجهزة المصغرة: مدمجة في المركبات الجوية غير المأهولة أو الأجهزة المحمولة باليد لاستكشاف الميدان أو الكشف عن حالات الطوارئ.

ريل لايتتشمل ليزرات 1535 نانومتر الآمنة للعين ليزرات زجاج الإربيوم ذات الطاقة المنخفضة، وليزر زجاج الإربيوم ذو معدل التكرار العالي، وليزر زجاج الإربيوم ذو الطاقة العالية، وما إلى ذلك، مما يساعد في اختيار تطبيقات ليزر LIBS.

تنويه: بعض محتوى هذه المقالة مأخوذ من الإنترنت، وذلك لأغراض البحث التقني وتبادل المعلومات، وللاستخدام كمرجع وتعلم فقط. في حال وجود أي أخطاء في الوصف أو معلومات غير دقيقة، يُرجى التفضل بالإبلاغ عنها فورًا. في حال وجود أي مشاكل متعلقة بحقوق النشر، يُرجى التواصل معنا وسنقوم بالتحقق منها وحذفها في أقرب وقت ممكن.