基于声悬浮激光诱导击穿光谱( LIBS-AL )的瓶装水多元素无标定量检测新技术

研究人员针对传统液体样品多元素分析耗时且易受容器干扰的问题，创新性地将声悬浮(AL)与激光诱导击穿光谱(LIBS)结合，开发出LIBS-AL技术。该技术通过蒸发悬浮液滴实现无基体干扰检测，首次在声悬浮体系中应用无标定量(CF-LIBS)方法，成功量化矿泉水中的Na、Ca、Mg等元素(误差3-27%)，为环境监测和食品安全提供快速绿色解决方案。

　　

在环境监测和食品安全领域，瓶装水的矿物质成分分析直接关系到公众健康。然而传统检测方法如电感耦合等离子体(ICP)和原子吸收光谱需复杂前处理，且难以实现多元素同步检测。更棘手的是，液体样品在激光诱导击穿光谱(LIBS)分析中面临等离子体淬灭、飞溅干扰等技术瓶颈。这些挑战促使斯洛伐克科学院的Jairo C. Peralta团队在《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》发表突破性研究，他们巧妙利用声学悬浮技术攻克液体LIBS分析难题。

研究人员采用三大关键技术：声悬浮装置产生驻波场固定液滴，1550 nm红外激光辅助蒸发浓缩样品，再通过LIBS激发等离子体并采集光谱。创新性地将校准自由算法(CF-LIBS)引入悬浮体系，通过Saha-Boltzmann方程计算等离子体参数(T_e≈0.5-0.6 eV，n_e≈10¹⁷ cm^-3)，实现无标样定量。

样品与实验设计
选取?ubovnianka、Sulinka(斯洛伐克)和Vincentka(捷克)三种商业矿泉水，检测其标签标注的Ca、Mg、Na、Li、K含量。声悬浮系统采用凹面换能器产生20 kHz驻波，悬浮10 μL液滴并通过IR激光蒸发至1 μL后进行LIBS分析。

分析结果
单次LIBS谱线显示：Sulinka的Ca II 393.37 nm和Mg II 279.55 nm信号最强，Vincentka的Na I 588.99 nm强度突出。CF-LIBS计算结果与厂商标注值对比显示：主要元素Na、Ca、Mg相对误差为3-27%，痕量元素Li、K误差较大但仍可检出。

结论与意义
该研究首次验证了声悬浮LIBS-AL技术在液体无标定量中的可行性。相较于传统方法，该技术具备三大优势：(1)无需化学试剂，避免交叉污染；(2)单次检测即可获得多元素数据；(3)检测限达痕量级。虽然痕量元素定量精度有待提升，但为环境水质监测、饮料安全检测等领域提供了革命性的现场分析工具，特别适用于应急监测和资源受限地区的公共卫生保障。研究获得斯洛伐克科学基金(VEGA-1/0815/25)等多项资助，相关技术已申请专利保护。