Кіріспе

Атомдық эмиссиялық спектроскопияның түрі. Лазерлік индукцияланған бөлшектеу спектроскопиясы (LIBS) – қоздыру көзі ретінде жоғары энергетикалық лазерлік импульсті пайдаланатын атомдық эмиссиялық спектроскопияның бір түрі. Лазер шоғырлантырылып, плазма түзеді, ол сынамаларды атомизациялайды және оларды қоздырады. Плазманың қалыптасуы тек шоғырланған лазердің оптикалық бұзылудың белгілі бір шегіне жеткенде ғана басталады, бұл, әдетте, қоршаған орта мен нысана материалға байланысты болады.

2000-шы жылдардағы өзгерістер

2000 жылдан 2010 жылға дейін АҚШ Армиясының ғылыми-зерттеу зертханасы (ARL) қауіпті материалдарды анықтауға бағытталған LIBS технологиясын дамыту мүмкіндіктерін зерттеді. ARL-де зерттелген салаларға жарылғыш заттардың іздерін қашықтықтан анықтау, пластик миналарды ажырату және түрлі металл қорытпалары мен полимерлерді материалдық тұрғыдан сипаттау кірді. ARL ұсынған нәтижелер LIBS технологиясының энергиялы және энергиясыз материалдарды ажырата білуге қабілетті екенін көрсетеді.

Зерттеу

2000 жылы кең жолақты жоғары ажыратымды спектрометрлер әзірленді және 2003 жылы саудаға шығарылды. Материалдарды талдау үшін жасалған спектрометр, LIBS жүйесінің төмен концентрациядағы химиялық элементтерге сезімтал болуын қамтамасыз етті. 2000 жылдан 2010 жылға дейінгі ARL LIBS қолданыстары: болаттағы қоспаларды талдау, екінші металлургиядағы шлактарды талдау, жану процестерін талдау және материалға қарай қоқыс бөліктерін жоғары жылдамдықпен анықтау, осы арқылы материалды қайта өңдеу міндеттерін орындау кірді. Деректерді талдау техникаларымен күшейтілген бұл әдіс қазір фармацевтикалық үлгілерге де қолданылуда.

Қысқа лазерлік импульстерді пайдаланатын LIBS

Көпфотонды немесе туннельдік иондаудан кейін электрон кері Bremsstrahlung арқылы үдеуге ие болады және жақын жердегі молекулалармен соқтығысып, соқтығысу арқылы жаңа электрондарды тудырады. Егер импульс ұзақтығы көп болса, жаңа иондалған электрондар үдеуге және соңында лавиналық немесе каскадтық иондануға ұшырауы мүмкін. Электрондардың тығыздығы белгілі бір шекті мәнге жеткенде, ірілу (пробой) пайда болады және лазерлік импульстің есінде қалмайтын жоғары тығыздықты плазма құрылады. Сондықтан, тығыз ортадағы импульстың қысқа болуының шарты мынадай: тығыз затпен өзара әрекеттесетін импульс, егер өзара әрекеттесу барысында лавиналық иондану шегіне жетпесе, қысқа деп есептеледі. Алғашқы қарапайым көзқарас бойынша бұл анықтама тым шектеулі болып көрінуі мүмкін. Ақыр соңында, тығыз ортадағы импульстардың нәзік тепе-теңдігіне байланысты, бұл шекке оңай жете алмайсыз. Бұл тепе-теңдікті қамтамасыз ететін құбылыс – күшті лазерлік импульстардың тығыз ортада таралуы кезінде сүттену (filamentation) процесінің басталуы арқылы қарқындылықтың шектелуі. LIBS үшін маңызды болатын жаңалық – қысқа лазерлік импульсті спектроскопиялық көз ретінде пайдалану. Бұл әдісте газға ультражылдам лазерлік импульстарды шоғырландыру нәтижесінде плазмалық жота (бағана) пайда болады. Өзін-өзі жарықтандыратын плазма үздіксіз спектрдің төмен деңгейі және сызықтардың тарлығы тұрғысынан артықшылықтарға ие. Бұл қысқа лазерлік импульстардың жағдайында плазманың төмен тығыздығына байланысты, себебі дефокусқа түсу әсері импульстің қарқындылығын өзара әрекеттесу аймағында шектейді және газдың одан әрі көпфотондық/туннельдік иондануына жол бермейді.

LIBS азық-түліктерді талдау үшін

Жақында LIBS тағамдарды жылдам, аздап бұзу арқылы талдау құралы ретінде зерттелді. Ол сапалық және сандық химиялық талдау үшін перспективті құрал саналады, сондықтан оны PAT (Процестік талдау технологиясы) немесе портативті құрал ретінде пайдалануға болады. LIBS арқылы сүт, нан өнімдері, шай, өсімдік майлары, су, жарма, ұн, картоп, құрма және еттің түрлі нұсқалары талданды. Бірнеше зерттеулер оның кейбір тағамдардағы қоспаларды анықтауға қабілетті екенін көрсетті. LIBS етте элементтік бейнелеу техникасы ретінде де бағаланды. 2019 жылы Йорк университеті мен Ливерпуль Джон Мурс университетінің ғалымдары 12 еуропалық устрицаны (Ostrea edulis, Linnaeus, 1758) зерттеу үшін LIBS қолданды, олар Конор аралындағы (Ирландия Республикасы) Кейінгі Мезолит қабық жинағынан алынған. Нәтижелер LIBS-ті тарихи маусымдық шараларды, сондай-ақ биологиялық жас пен өсуді бұрынғыдан жақсы жылдамдықпен және төмен құнмен анықтау үшін қолдануға болатынын көрсетті.