近日，原子能院核物理研究所激光光譜研究團隊提出“毛細(xì)效應(yīng)增強激光誘導(dǎo)擊穿光譜(CE-LIBS)”方法，大幅提升了液體元素的檢測靈敏度，在液體元素實時、高靈敏檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果發(fā)表于分析化學(xué)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《Talanta》，影響因子5.6，論文第一作者為核物理研究所王遠(yuǎn)航助理研究員，通訊作者為核物理研究所高智星研究員和王釗研究員。

毛細(xì)效應(yīng)增強激光誘導(dǎo)擊穿光譜原理示意圖

在核能發(fā)電過程中，為確保壓水堆安全穩(wěn)定運行，需要對一回路冷卻劑中的鋰和鋅元素進(jìn)行實時、高靈敏監(jiān)測。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)以其快速實時的獨特優(yōu)勢，在一回路冷卻劑元素監(jiān)測領(lǐng)域極具應(yīng)用潛力。然而當(dāng)激光誘導(dǎo)擊穿光譜直接檢測液體時，等離子體快速淬滅會降低其檢測靈敏度。同時，傳統(tǒng)的液固轉(zhuǎn)換方法又因“咖啡環(huán)”效應(yīng)，即液體蒸發(fā)時溶質(zhì)在液滴邊緣富集形成環(huán)狀沉積的現(xiàn)象，導(dǎo)致溶質(zhì)分布不均勻，降低了激光誘導(dǎo)擊穿光譜信號的穩(wěn)定性。

針對以上問題，原子能院激光光譜研究團隊提出毛細(xì)效應(yīng)增強激光誘導(dǎo)擊穿光譜新方法。該方法以多孔泡沫鈦作為富集基底，將泡沫鈦浸泡在溶液中，利用毛細(xì)力自驅(qū)動作用，使溶質(zhì)隨溶液沿微孔向上遷移并在基底表面富集。研究結(jié)果表明，采用泡沫鈦基底進(jìn)行溶質(zhì)富集后，溶質(zhì)在基底表面均勻分布，“咖啡環(huán)”效應(yīng)得到有效抑制。與傳統(tǒng)濾紙基底相比，采用泡沫鈦基底富集后，激光誘導(dǎo)等離子體演化穩(wěn)定性顯著提升，等離子體溫度、電子密度同步提高，等離子體輻射光譜強度顯著增強。

與此同時，該方法無需對基底進(jìn)行額外處理，檢測過程簡單、快速，同步提升了液體元素LIBS檢測靈敏度和信號穩(wěn)定性，對鋰和鋅元素的檢出限滿足一回路冷卻劑監(jiān)測需求。

激光誘導(dǎo)等離子體演化特性分析

該項研究工作得到財政部穩(wěn)定支持、原子能院青年英才培育基金、核物理研究所所長基金等項目資助。

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