激光诱导击穿光谱：Cr、Cu元素谱线对检测敏感性的影响

"该研究探讨了土壤中Cr、Cu元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)特性，分析了其特征谱线信背比与含量的关系，以及谱线的跃迁能级、原子组态和角动量对检测灵敏度和检出限的影响。通过选用Cr(I) 425.435 nm，427.481 nm 和 Cu(I) 324.754 nm，327.396 nm 的谱线，以Fe谱线为内标建立校准曲线，结果显示高信背比谱线具有更低的检出限，且角动量大的谱线如Cr(I) 425.435 nm(4-3)和Cu(I) 324.754 nm(3/2-1/2)的检测灵敏度更高。" 在光谱学领域，激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种非接触式的元素分析技术，它可以快速、实时地检测样品中的多种元素。这项研究针对LIBS技术在土壤分析中的应用，特别是针对Cr和Cu这两种元素。研究人员自制了掺杂Cr和Cu的土壤样品，并使用激光诱导击穿这些样品，产生的光谱用于分析。 首先，研究者观察了Cr和Cu元素特征谱线的信背比（Signal-to-Background Ratio，SBR）随其含量变化的情况。信背比是谱线强度与背景噪声的比例，高信背比意味着信号更清晰，检测效果更好。他们选取了Cr(I)的425.435 nm和427.481 nm，以及Cu(I)的324.754 nm和327.396 nm这四条常用谱线进行分析，并用Fe谱线作为内标，建立了校准曲线。内标的作用是消除样品差异、激光能量波动等因素的影响，提高测量精度。 通过计算检出限，研究人员发现信背比较高的谱线能够实现更低的检出限，从而对元素的检测更加敏感。检出限是能被可靠检测到的元素最小浓度，直接影响着分析的灵敏度。进一步的，研究发现谱线的信背比与其对应的跃迁几率并不直接相关，这意味着在选择谱线时，跃迁几率并不是决定因素。 在分析谱线的微观特性时，研究聚焦于跃迁能级的原子组态和角动量。跃迁能级描述了原子从一个能级跃迁到另一个能级的过程，而原子组态和角动量则影响这一过程的几率。同一原子组态的谱线，其信背比随含量的变化趋势一致。研究发现，角动量较大的谱线（例如Cr(I) 425.435 nm(4-3)和Cu(I) 324.754 nm(3/2-1/2)）具有更好的激发状况，其校准曲线的线性拟合值较高，检出限相对较低，这意味着它们对Cr和Cu的检测更为灵敏，更适合用于土壤中这些元素的定量分析。 这项工作对理解LIBS技术在土壤元素分析中的应用提供了深入见解，有助于优化检测方法，提高检测效率和准确性。未来的研究可以进一步探究不同元素、不同土壤类型及环境条件对LIBS性能的影响，以便开发更适应实际需求的分析策略。