水中重金属元素的表面增强激光诱导击穿光谱特性研究

Surface enhanced laser-induced breakdown spectroscopy (SENLIBS) provides a new way for rapid detection of heavy metal elements in water, just due to its unique advantages such as simple preparation, low equipment cost, and high detection sensitivity. However, quantitative analysis accuracy and detection limit of conventional SENLIBS technique are still needed to be improved. This project proposed by dried the liquid on the substrate with the medium of transmission, the distribution of liquid in the limited range will be more uniform, the sample preparation reproducibility and quantitative analysis accuracy will be improved; studied the effect of laser on substrate, the key factors of substrate that affect the detection limit of SENLIBS will be found, and the detection limit of quantitative analysis will be improved; the standard addition method combined with the SENLIBS will be studied to solve the problem of no standard samples and improve the detection accuracy. The implementation of this project will greatly improve the quantitative analysis accuracy and detection limit of SENLIBS technology, and provide the technical foundation for the application of SENLIBS technology in the water quality field.

表面增强激光诱导击穿光谱技术（SENLIBS）因具有样品制备简单、设备成本低、探测灵敏度高等优势，为快速检测水中重金属元素的提供了新途径，然而该技术的定量分析准确度和探测限仍需进一步改善。本项目拟通过将待测液干燥在附有传输媒介的衬底表面，实现液体在限定范围内的均匀分布，改善制样重复性，提高定量分析的准确度；研究激光与衬底的相互作用规律，通过测定最优化激光参数下不同衬底的烧蚀阈值、烧蚀量和等离子体阈值，获得决定SENLIBS技术探测限的衬底关键参数，改善定量分析的探测限；研究标准加入法辅助SENLIBS技术，降低基体效应，实现对污水的无标样检测。本项目的实施将大幅度改善SENLIBS技术的定量分析准确度和探测限，并为SENLIBS技术在水质领域的应用提供实验支撑。

本项目主要针对常规SENLIBS技术存在的科学问题，研究改善SENLIBS技术定量分析准确度的重复制样方法，研究衬底对SENLIBS技术探测限的影响规律、研究实现对水中重金属元素的SENLIBS检测技术，最终实现该技术对水中重金属元素的高准确、高灵敏检测。a）传输媒介辅助制样改善SENLIBS技术定量分析准确度：为解决常规SENLIBS技术存在的制样重复性差问题，本项目提出传输媒介辅助SENLIBS制样技术，该制样方法主要是将待测液滴在放置有传输媒介的衬底表面，然后利用传输媒介的固定尺寸和孔隙率，限定液体的扩散范围和提高元素的分布均匀性，提高制样的可重复性，进而改善SENLIBS技术定量分析准确度。该制样方法在不影响探测灵敏度的基础上，提高待测元素的定量分析准确度。本项目借助重复制样优势，提出原位制样技术，实现对待测元素的同时痕量检测，并达到《污水综合排放标准》和《城镇污水处理厂污染物排放标准》的国家标准。b）不同衬底对SENLIBS技术作用机制研究：本项目通过研究激光与物理化学性质不同的衬底作用过程中衬底的烧蚀阈值、烧蚀量和等离子体阈值对SENLIBS技术探测限的影响。最终揭示出衬底改善SENLIBS技术探测限的理论依据。结果表明，在最优参数下，衬底的烧蚀阈值和等离子体阈值越低，SENLIBS技术的探测灵敏度越高。这将为高灵敏SENLIBS技术选择合适的衬底提供理论指导。c）标准加入法辅助SENLIBS技术的定量分析方法研究：当SENLIBS技术由实验室检测走向实际水质检测时，将面临由于无标样导致的基体效应，使检测结果不准确。因此SENLIBS技术对实际样品的检测是仍需攻关的应用难题。本项目基于SENLIBS技术的制样优势，提出标准加入法辅助SENLIBS技术，利用标准加入法解决无标样和基体效应问题，实现对水中重金属元素的准确分析。相对于常规定量分析方法，该方法对待测元素的预测相对误差由21.26%改善至12.3%，可实现对无标样样品的准确预测。这将有助于扩展SENLIBS技术的应用领域。