利用微波等离子体炬实现低能耗的飞秒激光诱导击穿光谱（fs-LIBS）：开发便携式fs-LIBS测量系统的可行方法

《Analytical Chemistry》：Achieving Low-Energy fs-LIBS with a Microwave Plasma Torch: A Feasible Method for the Development of a Portable fs-LIBS Measurement System

飞秒激光诱导击穿光谱与微波等离子体torch结合系统降低能量阈值至1 μJ，增强信号稳定性与检测灵敏度，适用于工业材料非破坏性分析。

　　

本研究介绍了一种MPT-fs-LIBS系统，该系统将飞秒激光诱导击穿光谱（fs-LIBS）与微波等离子体火炬（MPT）相结合，以提高低激光脉冲能量下的fs-LIBS性能。通过使用飞秒激光脉冲和MPT产生的等离子体，该系统将Cu/Zn合金的击穿阈值降低到1 μJ，并增强了等离子体的发射强度和稳定性。使用30 μJ MPT-fs-LIBS测量的Cu/Zn合金的光谱信号优于1.5 mJ fs-LIBS的结果，表明在较低激光能量下仍可实现可靠的元素检测。时间分辨光谱显示，MPT通过延长等离子体寿命和提高电子温度来改善其行为。30 μJ MPT-fs-LIBS产生的烧蚀坑比1.5 mJ fs-LIBS更小，从而能够对工业材料进行近乎无损的测试。该系统对铝合金的分析性能也非常出色。在相同的激光能量下，MPT-fs-LIBS在Mg II 279.55 nm、Cu I 324.75 nm、Mn I 403.11 nm和Cr I 425.42 nm等发射线的强度上均优于fs-LIBS。与1.5 mJ fs-LIBS相比，1.5 mJ MPT-fs-LIBS将痕量金属（如Mg）的检测限（LOD）降低了130倍，而30 μJ MPT-fs-LIBS则将其降低了17倍。玻璃样品测试表明该方法的适用范围广泛，30 μJ MPT-fs-LIBS的表现优于1.5 mJ fs-LIBS。这种紧凑型MPT-fs-LIBS系统无需复杂的光学装置和专门的真空样品室，为将紧凑型飞秒光纤激光器与MPT集成提供了实用方案，实现了便携式设备实时多元素分析的同时将样品损伤降至最低。