铝合金由于其重量轻、强度高、刚性好、耐腐蚀性强且易于加工，在航空航天、汽车、包装、建筑和电子元件领域得到广泛应用1, 2, 3。这些特性使其在需要性能和耐久性的应用中极具可靠性。铝合金通常分为可热处理和不可热处理两类4, 5。在不可热处理的合金中，铝锰（Al-Mn）合金主要通过应变硬化获得机械强度。准确检测铝合金中的锰（Mn）至关重要，因为锰浓度的微小变化都会显著影响机械强度、耐腐蚀性和电性能3, 6, 7。锰是3xxx系列铝合金中的关键合金元素，可增强强度、延展性、耐腐蚀性和抗疲劳性能。这类合金广泛用于饮料罐、化工管道、热交换器以及电动汽车（BEVs）的部件，包括感应电机的转子条4, 6, 7, 8。随着汽车合金中回收材料的增加，像锰这样的微量元素的成分变化性进一步增加，给生产质量控制带来了挑战3, 6, 7。因此，需要诸如电场辅助激光诱导击穿光谱法（EF-LIBS）这样的快速可靠技术来实现铝合金中锰的精确定量。
激光诱导击穿光谱法（LIBS）是一种快速且多用途的元素分析技术，能够检测固体、液体和气体样品中的多种元素。该技术几乎不需要样品预处理，特别适用于广泛的科学和工业领域的实时原位分析9, 10, 11, 12。近年来，由于其适应性强，在各个领域得到了广泛应用。它已成功应用于行星探索、矿物探测13、微生物鉴定14, 15, 16、考古文物分析17、爆炸残留物检测19, 20, 21、历史艺术品研究22、痕量元素识别23, 24，以及太阳能电池材料、光纤系统和便携式通信设备的研究25，还包括对基本等离子体性质的研究26。LIBS的最新应用还包括基底表面温度估计27、营养成分和污染物检测28，以及利用标签辅助LIBS快速检测生物标志物和细菌病原体29。基于LIBS的化学成分成像技术的进步现在可以实现异质材料的高分辨率2D和3D元素映射30。其他新兴应用还包括早期癌症检测和钙化组织分析31、食品安全监测32，以及农业和环境监测的植物元素分析33。
尽管LIBS相较于传统分析方法具有许多优势，但也存在一些技术限制。主要问题是自吸收34，即发射的光子被相同的原子或离子重新吸收，可能影响定量结果的准确性35。此外，基体效应36、目标距离、周围环境、激光能量和材料成分等多种因素会影响等离子体的形成，即使这些参数的微小变化也会显著影响测量结果。连续激光脉冲能量的不一致性可能降低测量的可靠性。另一个重要的挑战是提高检测限（LOD），目前其检测限仍高于X射线荧光法37。为了实现低浓度下多种痕量元素的准确检测，仍需进一步改进38, 39, 40。
为了提升LIBS的检测能力并克服其固有局限性，研究人员开发了多种先进方法，包括磁场辅助LIBS 41, 42, 43、微波增强LIBS 44, 45、辉光放电辅助LIBS 46，以及使用纳米粒子增强信号强度47, 48, 49, 50。其他值得注意的技术还包括双脉冲LIBS 51, 52, 53, 54、共振LIBS 55, 56和火花放电辅助LIBS 57, 58, 59。这些方法大多复杂且成本较高，通常需要专门的样品固定装置甚至真空室。相比之下，EF-LIBS提供了一种更简单、更经济的方法，无需特定的样品固定几何结构。
姚等人使用飞秒LIBS确定了铝合金中锰的检测限，达到7.33 ppm 60。吕超等人报告了铝合金中锰的确定系数（R2）为0.9979，交叉验证的均方根误差（RMSECV）为0.031 wt.% 61。穆罕默德等人使用传统LIBS测得铝合金中锰的检测限为6.81 ppm 62。 Ming等人使用传统LIBS测得铝合金中锰的检测限为8 ppm 63。萨布萨比等人使用传统LIBS得到的检测限分别为18 ppm 64和9 ppm 65，而伊斯梅尔等人使用双脉冲LIBS得到的检测限为99 ppm 66。总体而言，这些研究表明铝合金中锰的检测限仍有改进空间。因此，在本研究中，结合外加电场（EF-LIBS）来提高检测灵敏度并改善铝合金中锰的检测限。先前的研究表明，施加外部电场可以增强光谱线强度、提高等离子体参数并改善检测限67, 68, 69, 70。Phukan等人通过施加外部电场和磁场增强了液相中LIBS的灵敏度，从而提高了等离子体强度、温度和电子密度71。Karnadi等人使用EF-LIBS实现了656.2纳米处氢（H I）光谱线强度的六倍增强，检测限为0.26 ppm 70。杨等人开发了一种非侵入式的微米级电场测量方法，将LIBS与机器学习（ML）相结合，通过ML关联光谱位移和激光能量波动实现了高精度（R2 = 0.97）72。Khan等人证明，对LIBS等离子体施加均匀电场可以放大原子和离子的发射强度，并提高信噪比，这种增强使得技术更适合分析复杂光谱73。
本研究使用了传统LIBS和EF-LIBS分析了从Al-Mn合金产生的激光诱导等离子体。在不同条件下（有/无外部电场E）分析了五种不同锰含量的Al-Mn合金样品。系统研究了外部电场E、电场压力、等离子体压力和贝塔因子对等离子体增强效果的影响。外部电场的应用显著提高了锰的检测限。总体而言，EF-LIBS在检测锰的准确性和灵敏度方面优于传统LIBS和其他分析方法。
