La spettroscopia di emissione atomica indotta da laser (LIBS) è una tecnica di analisi elementare basata sull'ablazione laser e sulla spettroscopia di emissione atomica. Si tratta di un metodo di rilevamento microdistruttivo, il cui processo si articola in tre fasi: ablazione laser, raffreddamento ed emissione del plasma e rilevamento spettrale. Fin dalla sua introduzione, è stata ampiamente studiata e applicata grazie ai suoi vantaggi unici, quali l'analisi rapida in tempo reale, il rilevamento simultaneo di più elementi, il rilevamento senza contatto, l'ampia applicabilità, l'elevata sensibilità e precisione e la portabilità.

Attualmente, le applicazioni LIBS tradizionali spesso utilizzano laser YAG, laser a impulsi ultracorti a femtosecondi/picosecondi, o laser ad anidride carbonica, ecc. Ognuno ha i propri vantaggi e svantaggi. Lo sviluppo di laser a vetro di erbio fornisce alcune possibili direzioni per le applicazioni LIBS.

Caratteristiche dei laser a vetro di erbio:

I laser a vetro di erbio emettono luce infrarossa a 1535 nm, una lunghezza d'onda laser sicura per l'occhio umano. Sono adatti per applicazioni a media energia (livello di mJ) e bassa frequenza di ripetizione (1-10 Hz) e sono ideali per la rilevazione LIBS che richiede un'elevata energia per singolo impulso. Tuttavia, la loro conduttività termica è relativamente bassa, il che rende difficile supportare un'elevata potenza di lavoro continua, ma i requisiti per gli impulsi possono essere soddisfatti ottimizzando la dissipazione del calore.

Potenziali vantaggi:

(1) Rilevamento migliorato di materiali specifici

I materiali organici, le plastiche, i composti contenenti idrogeno, ecc. presentano un assorbimento più intenso a 1535 nm. L'utilizzo di laser a vetro di erbio come sorgente luminosa può aumentare l'efficienza di eccitazione del plasma e migliorare l'intensità del segnale.

Le lunghezze d'onda del medio infrarosso possono ridurre la riflessione superficiale dei metalli e di altri materiali conduttivi, ridurre l'effetto matrice e migliorare la stabilità dell'analisi.

(2) Sicurezza degli occhi e portabilità

Non è richiesta una protezione rigorosa, è adatto ad ambienti aperti (come miniere, monitoraggio ambientale, ecc. in siti industriali/terrestri).

I laser a vetro di erbio hanno una struttura compatta e dimensioni ridotte, che li rendono adatti allo sviluppo di dispositivi LIBS portatili.

(3) Riduzione del danno al campione

La soglia di ablazione per campioni termosensibili (come tessuti biologici, reperti culturali) è inferiore, il che può ridurre i danni ed è adatto per analisi di beni culturali o biomediche.

Sfide e limitazioni:

(1) Efficienza di eccitazione del plasma: la lunghezza d'onda dei laser a vetro di erbio può rendere più difficile l'ionizzazione di alcuni elementi (in particolare elementi ad alta energia di ionizzazione) rispetto alla luce ultravioletta/visibile, e i parametri sperimentali (come la larghezza dell'impulso, le condizioni di focalizzazione) devono essere ottimizzati.

(2) Interferenza spettrale: l'eccitazione dei laser a vetro di erbio può produrre una radiazione di fondo continua più forte, che deve essere soppressa tramite rilevamento ritardato o filtraggio spettrale.

Direzioni future della ricerca:

(1) Sistema LIBS a doppio fascio: combinazione di laser a vetro di erbio (pretrattamento/ablazione) e laser Nd:YAG (eccitazione del plasma) per sfruttare i rispettivi vantaggi.

(2) Sviluppo di nuovi rivelatori: rivelatori ad alta sensibilità corrispondenti alla banda del medio infrarosso per migliorare il rapporto segnale-rumore.

(3) Applicazioni specifiche per i materiali: soluzioni LIBS speciali per materiali organici, campioni contenenti acqua o materiali industriali specifici (come polimeri, carbone).

Prospettive degli scenari applicativi:

(1) Campi sensibili alla sicurezza: rilevamento in loco nel settore aerospaziale e in altri settori che richiedono la protezione degli occhi.

(2) Campioni biologici e ambientali: analisi rapida di campioni contenenti acqua o componenti organici (come metalli pesanti nel suolo, nutrienti per le piante).

(3) Dispositivi miniaturizzati: Integrati in veicoli aerei senza pilota o dispositivi portatili per l'esplorazione del campo o il rilevamento di emergenza.

Luce realeI laser a 1535 nm sicuri per gli occhi includono laser a vetro di erbio a bassa energia, laser a vetro di erbio ad alta frequenza di ripetizione e laser a vetro di erbio ad alta energia, ecc., che aiutano nella selezione delle applicazioni laser LIBS.

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