名師講堂第九期精彩問答集錦
卓立漢光“名師講堂”第九期：《激光擊穿光譜的核領(lǐng)域應(yīng)用》圓滿結(jié)束，感謝中國原子能科學(xué)研究院高智星研究員的精彩分享，也非常感謝各位與會(huì)嘉賓的積極互動(dòng)，現(xiàn)為將現(xiàn)場(chǎng)問答分享如下，供各位參考、交流。
精彩問答集錦如下：
問：高老師，您好！LIB產(chǎn)品可以在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)金屬材料成分嗎？
答：可以。目前市面上有手持的LIBS應(yīng)用裝備已經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別金屬材料的儀器，用于庫存管理和廢舊金屬回收。如果需要測(cè)量一些非常獨(dú)特的金屬材料成分，也可以另行研發(fā)。
問：高老師，您好！35頁P(yáng)PT里光學(xué)腔結(jié)構(gòu)如何有效收集發(fā)射光譜？如何去掉入射激光光源譜？
答：具體參考我們的**文件：ZL2015 2 04547474一種增強(qiáng)型等離子體發(fā)光信號(hào)收集器
問：氣溶膠檢測(cè)那部分是用的遠(yuǎn)程LIBS嗎？高老師課題組應(yīng)該也在做吧？高老師能否簡單介紹下這部分工作，目前能測(cè)到多遠(yuǎn)距離？
答：我們這個(gè)針對(duì)的場(chǎng)景是氣態(tài)排放物的在線測(cè)量和污染空氣的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。氣溶膠成分的遠(yuǎn)程探測(cè)有兄弟單位在做，屬于激光雷達(dá)項(xiàng)目Lidar，應(yīng)該采用望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)傳輸和收集光信號(hào)，閃光的幾何收集效率受限，靈敏度可能不會(huì)太高。目前對(duì)固態(tài)物質(zhì)表面沾染物的探測(cè)距離大概是半米到數(shù)十米左右。
問：高老師，針對(duì)很容易被激光打壞的材料，LIBS是否可以進(jìn)行檢測(cè)？
答：LIBS技術(shù)雖然宣稱是無損分析，但實(shí)質(zhì)上還是微損分析，本身需要將少量的物質(zhì)（微克或者更少）加熱到等離子體狀態(tài)才能開展光譜分析。對(duì)于脆性材料，可以考慮飛秒激光擊穿光譜減少燒蝕量和熱力沖擊。如果應(yīng)用可以接受極小的表面損傷，損傷尺度微米量級(jí)，幾乎肉眼難以發(fā)現(xiàn)，可以開展測(cè)量。
問：高老師，您好！定性識(shí)別元素與拉曼光譜識(shí)別技術(shù)的區(qū)別？
答：LIBS技術(shù)主要開展元素的識(shí)別，屬于原子光譜分析技術(shù)，光譜信號(hào)來自外層電子的躍遷。拉曼光譜主要用于分子基團(tuán)的識(shí)別，屬于分子光譜分析技術(shù)，光譜信號(hào)來源于分子鍵轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)能級(jí)的躍遷。
問：高老師，用LIBS技術(shù)定量確定核危險(xiǎn)物的含量貌似從實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用角度來看不是非常必要的
答：核法證學(xué)和材料成分的在線分析需要能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)、快速、定量分析的技術(shù)裝備，確實(shí)有這方面的需求。關(guān)鍵問題是，LIBS技術(shù)定量測(cè)定的準(zhǔn)確度和精確度能否滿足應(yīng)用的實(shí)際需求。業(yè)內(nèi)接受和認(rèn)可LIBS裝備，需要從技術(shù)上演示LIBS定量分析的成熟度和可靠性，作為一種“新技術(shù)”，也需要積極宣傳。
問：高老師，您好！激光器選擇的波長有什么依據(jù)呢
答：目前看，各個(gè)波段的激光器都有使用，取決于具體的應(yīng)用場(chǎng)景和對(duì)象。需要說明的是，激光激發(fā)等離子體往往是一個(gè)非線性吸收過程，以多光子效應(yīng)為主，而非共振吸收。當(dāng)然，如果條件允許，選擇激光波長與測(cè)試對(duì)象共振吸收峰匹配的激光器，可以降低對(duì)激光器功率的要求，可能有助于提高光譜強(qiáng)度和準(zhǔn)確度。不建議選用樣品反射率或透過率較高波段的激光器。
問：高老師，激光打到樣品上產(chǎn)生等離子體，是不是必須要金屬樣品才可以呢？對(duì)于半導(dǎo)體材料來說，很難產(chǎn)生等離子體效應(yīng)
答：金屬樣品很容易產(chǎn)生激光等離子體，大概激光的強(qiáng)度時(shí)是每平面厘米兆瓦量級(jí)。非金屬材料則需要更高的激光強(qiáng)度，比如每平方厘米吉瓦。透明材料由于吸收系數(shù)較低，甚至需要更高的強(qiáng)度。需要注意，激光強(qiáng)度超過10~100GW，有可能發(fā)生空氣擊穿。半導(dǎo)體材料在紅外區(qū)的吸收可能比較小，建議試試更短波長的激光器，比如可見或者紫外波段的激光器。
問：高老師，您好，激光擊穿光譜，一般都選擇什么譜儀？是針對(duì)特定譜段嗎？對(duì)分辨率通常有什么要求？另外，您這邊涉及紫外、近紅外波段的情況多嗎？比如200nm以下，900多nm，針對(duì)這些特殊波段，你們?nèi)绾翁岣咛綔y(cè)的靈敏度？謝謝您！
答：考慮到離子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒展寬等因素，一般認(rèn)為光譜分辨率優(yōu)于0.1nm即可滿足元素識(shí)別的需求。如果不做同位素分析，常規(guī)的光纖光譜儀（分辨率0.03-0.05nm）就可以開展一些應(yīng)用研究。實(shí)驗(yàn)室配置的光譜儀因?yàn)樘綔y(cè)對(duì)象不唯一，一般光譜范圍涵蓋200-900nm即可。如果有明確的探測(cè)對(duì)象和元素的光譜范圍，可以根據(jù)具體情況選擇單通道（通常譜寬100nm左右）和多通道光譜儀。
紅外波段的原子發(fā)射譜線不是很豐富，但是可觀測(cè)的分子譜線逐漸增多，因此LIBS的一個(gè)新的研究方向是開展激光擊穿-分子光譜分析，因?yàn)槟承┓肿幼V線的同位素位移比較大，可以用于同位素的探測(cè)。選用紫外波段的光譜儀，出發(fā)點(diǎn)可能是避免伴生的熒光或拉曼光譜的干擾，提高光譜信噪比。實(shí)際上，熒光光譜一般比較寬，可以通過數(shù)值濾波等光譜處理方法扣除。
問：還有個(gè)問題，除了LIBS定性的測(cè)量，定量的研究，有什么注意事項(xiàng)或者您有什么建議嗎？LIBS+拉曼的研究，目前你們是否有開展？謝謝您！
答：如果一定要建議，那么就是根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景選擇定量分析的技術(shù)路線，比如內(nèi)標(biāo)，外標(biāo)和自由定標(biāo)。戶外，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，個(gè)人推薦自由定標(biāo)。
我們研究室有激光拉曼光譜的研究人員，在LIBS/Raman聯(lián)用方面也有所考慮。
問：高老師，便攜式設(shè)備的光譜分辨率是多少，鈾和鐵之類的干擾如何進(jìn)一步分辨？
答：可以考慮選用多條譜線進(jìn)行判斷，鈾和鐵并不是每一條譜線都距離很近。另外，可以考慮利用人工智能進(jìn)行光譜處理和判讀。
問：橢球腔閃光收集器，是否容易被等離子體的飛濺污染？謝謝老師！
答：目前還沒有發(fā)現(xiàn)，在本例中，等離子體冷卻產(chǎn)生的顆粒物應(yīng)該被高速氣流帶出腔室了。
問：高老師，毫克級(jí)燒蝕量對(duì)核材料的運(yùn)行影響大么？
答：LIBS分析的樣品損耗量是微克量級(jí)，基本和產(chǎn)品表面的激光打標(biāo)相當(dāng)，應(yīng)該可以接受。
問：我是中科院安光所的張志榮，也從事LIBS研究，水中的核素比如氕氘氚是否可以測(cè)量？
答：氕氘氚的同位素位移很大，可以測(cè)量，需要結(jié)合具體應(yīng)用背景確認(rèn)探測(cè)靈敏度，準(zhǔn)確度和精確度是否可以接受。比如工藝監(jiān)控和環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)水中氚的探測(cè)限要求不一樣。
【下期會(huì)議預(yù)告，敬請(qǐng)關(guān)注】
2021年3月 王遠(yuǎn)航老師 上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 基于微區(qū)RS&LIBS的中藥殘留化合物和重金屬檢測(cè)技術(shù)研究；
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