Surmontant les limitations inhérentes aux autres techniques LIBS, la spectroscopie de claquage induite par un réseau plasma augmente l’intensité du signal de plus de trois fois – Science

La spectroscopie de dégradation induite par laser (LIBS) est un outil d’analyse chimique rapide. Une puissante impulsion laser est focalisée sur un échantillon pour créer un microplasma. Les spectres d’émission élémentaire ou moléculaire de ce microplasma peuvent être utilisés pour déterminer la composition élémentaire de l’échantillon.

Comparé à une technologie plus traditionnelle, comme la spectroscopie d’absorption atomique et la spectroscopie d’émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), LIBS présente des avantages uniques: pas de prétraitement des échantillons, détection simultanée de plusieurs éléments et mesures sans contact en temps réel. Ces avantages le rendent approprié pour l’analyse pratique des solides, des gaz et des liquides.

LIBS traditionnels et extensions

Les systèmes LIBS traditionnels basés sur un laser à impulsions nanosecondes (ns-LIBS) présentent certains inconvénients dus à l’intensité de la puissance du laser, à la longue durée d’impulsion et à l’effet de blindage plasma. Ces problèmes affectent sa reproductibilité et son rapport signal / bruit. Le LIBS femtoseconde (fs-LIBS) peut exclure l’effet de blindage du plasma car la durée de l’impulsion ultracourte limite le temps d’interaction laser-matière. L’impulsion femtoseconde a une densité de puissance élevée, de sorte que les matériaux peuvent être efficacement ionisés et dissociés, ce qui conduit à un rapport signal / arrière-plan plus élevé et à une résolution spectrale plus précise.

La spectroscopie de rupture induite par filament (FIBS) combine la technique LIBS avec un filament laser femtoseconde. Un seul filament laser résulte de l’interaction entre les mécanismes d’auto-focalisation et de défocalisation plasma de Kerr présents dans la propagation d’un faisceau ultra-court et de haute intensité dans un milieu transparent tel que l’air atmosphérique. Le filament laser femtoseconde produit un canal plasma laser long et stable, ce qui garantit la stabilité de la densité de puissance laser et peut améliorer la stabilité de la mesure. Cependant, la puissance et les densités d’électrons se saturent lorsque l’énergie laser augmente. Ceci est connu sous le nom d’effet de serrage d’intensité laser et limite la sensibilité de détection du FIBS.

Réseau plasma

Heureusement, l’effet de serrage de l’intensité du laser peut être surmonté grâce à un réseau de plasma induit par l’interaction non linéaire de plusieurs filaments femtosecondes. Il a été prouvé que la densité électronique dans le réseau de plasma est d’un ordre de grandeur supérieur à celle d’un filament.

Sur la base de ces informations, des chercheurs sous la direction de Heping Zeng de l’Université normale de Chine orientale à Shanghai ont récemment démontré une nouvelle technique: la spectroscopie de rupture induite par un réseau plasma (GIBS). GIBS peut surmonter efficacement les inconvénients de ns-LIBS, fs-LIBS et FIBS. Avec le GIBS, l’intensité du signal est augmentée plus de trois fois et la durée de vie du plasma induit par le réseau plasma est approximativement le double de celle obtenue par le FIBS avec la même impulsion initiale. L’analyse quantitative est réalisable en raison de l’absence d’effets de blindage plasma, de la puissance élevée et de la densité électronique du réseau plasma femtoseconde.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par SPIE – International Society for Optics and Photonics. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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