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方法

本研究针对传统液体多元素检测技术耗时、易受容器干扰等问题，创新性采用声悬浮辅助激光诱导击穿光谱( LIBS-AL )结合无标定算法( CF-LIBS )，实现了斯洛伐克和捷克产瓶装水中Na、K、Li、Ca、Mg等元素的快速定量分析。该方法通过声场悬浮微升液滴并蒸发浓缩，避免基体干扰，主元素检测相对误差3-27%，为环境监测与公共卫生领域提供了高效绿色的新型检测方案。

　　

在环境监测和食品安全领域，瓶装水的元素组成分析一直面临技术瓶颈。传统方法如电感耦合等离子体质谱( ICP-MS )虽精度高，但需复杂前处理且设备昂贵；而原子吸收光谱等技术每次仅能检测单一元素。更棘手的是，液体样品直接检测时会产生气泡、飞溅等问题，导致激光诱导击穿光谱( LIBS )信号不稳定。这些痛点严重制约了水质快速筛查的效率，特别是在公共卫生突发事件中，亟需开发新型检测技术。

斯洛伐克科学院的Jairo C. Peralta团队在《Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy》发表的研究中，开创性地将声悬浮( AL )技术与LIBS结合，建立了LIBS-AL检测体系。通过1550 nm红外激光辅助蒸发悬浮液滴，结合无标定量( CF-LIBS )算法，成功实现了?ubovnianka、Sulinka和Vincentka三种商业矿泉水多元素同步检测。该研究突破液体LIBS的技术壁垒，为环境监测提供了"样品零接触、前处理零试剂"的创新方案。

关键技术包括：1) 单轴声悬浮装置产生20 kHz驻波场悬浮5 μL液滴；2) 1064 nm Nd:YAG激光( 5 ns脉宽，100 mJ能量 )诱导等离子体；3) 中阶梯光栅光谱仪记录200-980 nm发射谱；4) 基于Saha-Boltzmann方程的CF-LIBS算法计算电子温度( T_e≈0.5-0.6 eV )和密度( n_e≈10¹⁷ cm^-3 )；5) 采用Ca II 317.9 nm/Mg II 279.5 nm等谱线进行定量。

【样品与结果】
分析斯洛伐克产?ubovnianka、Sulinka及捷克产Vincentka矿泉水，CF-LIBS结果显示：主元素Ca、Mg、Na相对误差3-27%，其中Sulinka的Ca、Mg信号最强( 图3 )，与厂商标注值吻合；痕量元素Li、K误差较大，但检出限达ppm级。蒸发浓缩使Na信号增强4倍，验证了声悬浮的预富集优势。

【结论】
研究首次证实LIBS-AL在液体样品CF-LIBS分析的可行性：1) 声悬浮有效解决液体基体干扰，等离子体满足局部热平衡( LTE )和光学薄条件；2) 无需标准品即可定量主量元素，相对误差优于传统湿化学法；3) 1550 nm辅助蒸发可调控液滴浓缩进程。该方法在环境重金属监测、饮料安全筛查等领域具有应用潜力，其"绿色检测"理念符合可持续发展需求。

讨论部分指出，痕量元素误差主要源于等离子体空间不均匀性，未来可通过双脉冲LIBS或空间分辨光谱改进。该工作为LIBS在液体分析中的标准化提供了重要范式，其技术路线可扩展至血液、废水等复杂液体检测。