激光感生光谱技术：大气元素定量分析的突破

激光感生击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）是一种强大的非破坏性分析技术，用于检测和定量测量样品中的元素组成。本文由余亮英、陆继东等人在华中科技大学煤燃烧国家重点实验室进行的研究，旨在探讨将这一技术应用于大气定量分析的可能性。 研究者利用Nd:YAG激光器与标准大气压下的空气相互作用，产生高能量的激光等离子体。等离子体产生的光被单色仪分离并转换为电信号，随后输入到计算机中进行处理。实验数据集中在600-800纳米的光谱区间内，这个过程被称为光谱采集。 通过采用自由定标模型（calibration-free model），研究人员对等离子体进行了深度分析。在特定的延迟时间（8秒）和采样门宽（0.4秒）下，他们利用二维波尔兹曼平面（Boltzmann plane）技术，确定了大气等离子体在局部热平衡状态下的温度，约为51,621 Kelvin。这一温度是衡量等离子体高温特性的重要参数。 进一步的分析在假设空气主要由氮（N2）和氧（O2）组成的前提下，通过自由定标模型计算出了空气中氧的含量为20.75%，氮的含量为79.25%。这些结果与实际大气成分相当接近，表明激光感生击穿光谱技术在大气元素定量分析方面的应用是可行的。 此次实验的成功验证了激光感生击穿光谱作为一种高效且准确的环境监测手段的潜力，尤其对于大气污染的实时监测和研究具有重要意义。它为今后的大气污染物追踪、空气质量评估以及环境保护提供了科学依据和技术支持。未来，这项技术有望在环境科学、工业监测等领域得到广泛应用。