基于液固基质转移与双脉冲激光诱导击穿光谱技术定量分析水溶液中硫酸锌的研究

为解决工业粘胶纤维生产中锌盐浓度快速检测难题，研究人员采用双脉冲激光诱导击穿光谱（DP-LIBS）技术，结合液固基质转移法将水溶液中的ZnSO4 转移至纤维素滤纸基质，通过560个测量位点的信号归一化处理，实现0.19 g/L的预测误差和0.17 g/L的检测限。该研究为工业流程在线监测提供了新思路，成果发表于《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》。

　　

在粘胶纤维工业生产中，纺丝浴中硫酸锌（ZnSO₄
）的浓度直接影响纤维形态和力学性能，传统检测方法如ICP-MS虽精准但难以适应恶劣的工业环境。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术因其快速、无需复杂前处理的特点成为潜在解决方案，但水溶液直接检测面临等离子体淬灭、信号不稳定等挑战。

为解决这一难题，奥地利研究人员开发了液固基质转移结合双脉冲LIBS（DP-LIBS）的新方法。研究将含ZnSO₄
的水溶液（0-11 g/L）转移至商用滤纸基质，通过双脉冲Nd:YAG激光（532 nm，1 μs延迟）激发等离子体，利用紫外-可见和近红外光谱仪同步采集560个位点的信号。关键技术包括：1）液固转移中滤纸浸泡干燥标准化；2）双脉冲激光参数优化（能量160 mJ，延迟1.6 μs）；3）信号归一化处理（Zn I 334 nm/C I 193 nm）；4）等离子体温度估算（17,550±440 K）。

研究结果部分显示：

1. 液固转移基质的LIBS光谱特征
   紫外光谱中检测到Zn I（213.86 nm、334.5 nm）、Mg II（279.55 nm）及CN分子带（388 nm），其中Zn信号强度随浓度增加而升高，而C I 193 nm作为内参比信号稳定。近红外区未检测到硫特征峰。

2. LIBS成像与信号分布
   Zn信号在滤纸表面呈现显著空间异质性（I_max
   /I_min
   ≈3.5），直方图显示双峰分布。通过归一化处理，Zn/C信号分布变为单峰（R²
   =99.53%），有效降低采样波动影响。

3. 校准曲线与预测性能
   Zn/C校准曲线二阶多项式拟合优度最佳（R²
   =99.95%），预测误差RMSEP=0.19 g/L，优于Zn/CN（0.30 g/L）和Zn/Mg（0.37 g/L）。检测限LOD_Zn
   达25 ppm，相当于ZnSO₄
   0.0618 g/L。

4. 采样与等离子体特性
   等离子体温度估算表明信号波动主要源于采样不均匀性（如滤纸褶皱、微滴分布），而等离子体参数相对稳定。不同孔径滤纸（2.5-12 μm）实验结果一致，验证方法普适性。

结论指出，该技术通过基质转移和信号归一化策略，显著提升了水溶液LIBS检测的稳定性，为工业流程监控提供了可行方案。但当前样品制备耗时（约5小时）仍是实际应用的瓶颈。未来研究需优化转移效率并验证复杂基质（如含H₂
SO₄
的纺丝浴）的适用性。论文创新点在于首次将DP-LIBS与纤维素基质结合，为粘胶纤维生产的质量控制开辟了新途径。