基于无标定飞秒激光诱导击穿光谱技术的镁合金多元素定量分析方法研究

针对传统镁合金元素分析方法操作繁琐、成本高且依赖标准样品的局限性，研究人员创新性地将无标定定量分析（CF）方法与飞秒激光-火花诱导击穿光谱（fs-LA-SIBS）技术结合，通过优化放电电容（7 nF）、电压（2.5 kV）等参数，实现了Al、Zn等元素的快速高精度检测（相对误差<5%），为镁合金材料研发与质量控制提供了新工具。

　　

镁合金作为"21世纪的绿色工程材料"，以其轻量化、高比强度等特性在航空航天和汽车制造领域大放异彩。然而，这类材料的性能高度依赖其元素组成，传统检测方法却面临重重困境：化学分析法耗时耗力，原子吸收光谱（AAS）设备昂贵，而电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）又受制于复杂的样品前处理流程。更棘手的是，这些方法都离不开标准样品的支撑，但标准样品的制备不仅成本高昂，还常出现基体匹配问题。面对这些行业痛点，来自河南某高校的研究团队另辟蹊径，将两项尖端技术——飞秒激光-火花诱导击穿光谱（fs-LA-SIBS）和无标定定量分析（CF）方法创新融合，开发出镁合金元素分析的新范式，相关成果发表在《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》。

研究团队运用三项核心技术：首先是飞秒激光系统（35 fs脉宽，1 kHz重复频率），其超短脉冲特性可减少热效应；其次是火花放电增强装置，通过7 nF电容与2.5 kV电压的协同优化，将等离子体信号强度提升10倍；最后采用无标定定量算法，通过Boltzmann斜线法计算等离子体温度（约8000 K），结合Saha方程推导元素含量。

在"放电电容影响"部分，研究人员发现7 nF电容能使Al I 394.40 nm谱线强度达到峰值，过高的电容反而导致谱线展宽。通过系统优化电压（2.5 kV）、电阻（30 kΩ）和延迟时间（300 ns），建立了各元素的标准曲线，其中Zn I 334.50 nm的检测限低至12 μg/g。"等离子体参数计算"章节显示，CF方法通过Fe I/Fe II谱线强度比推算的电子密度达1.5×10¹⁷
cm^-3
，验证了局部热力学平衡状态的成立。最终对标准样品的定量分析中，Al、Zn等主要元素的相对误差控制在5%以内，远优于传统LIBS技术30%的典型误差范围。

这项研究的意义不仅在于建立了镁合金元素分析的"快准省"新方法，更开创性地解决了飞秒激光信号弱的瓶颈问题。通过火花放电的能量注入，将fs-LA-SIBS的检测灵敏度提升了一个数量级，而CF算法的引入则打破了标准样品的桎梏。特别值得注意的是，该方法对Mn、Cu等痕量元素的检测性能（LOD<20 μg/g）已接近ICP-AES水平，为航空航天用镁合金的现场质检提供了可能。正如通讯作者Xiaoyong He在讨论部分强调的，这种技术组合策略可拓展至其他轻金属合金体系，未来通过引入机器学习算法，有望进一步攻克稀土镁合金中谱线严重重叠的难题。