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    Innovazione per la spettroscopia di rottura indotta dal laser

    Schema sperimentale della spettroscopia di rottura indotta da reticolo di plasma, . Credito:doi 10.1117/1.AP.2.6.065001

    La spettroscopia di rottura indotta dal laser (LIBS) è uno strumento di analisi chimica rapida. Un potente impulso laser viene focalizzato su un campione per creare un microplasma. Gli spettri di emissione elementare o molecolare da quel microplasma possono essere utilizzati per determinare la composizione elementare del campione.

    Rispetto alla tecnologia più tradizionale, come la spettroscopia di assorbimento atomico e la spettroscopia di emissione ottica al plasma accoppiato induttivamente (ICP-OES), LIBS presenta alcuni vantaggi unici:nessun pretrattamento del campione, rilevamento simultaneo di più elementi, e misurazioni senza contatto in tempo reale. Questi vantaggi lo rendono adatto per l'analisi pratica di solidi, gas, e liquidi.

    LIBS tradizionali ed estensioni

    I sistemi LIBS tradizionali basati su un laser a impulsi di nanosecondi (ns-LIBS) presentano alcuni svantaggi dovuti all'intensità della potenza del laser, lunga durata dell'impulso, e l'effetto di schermatura al plasma. Questi problemi influiscono negativamente sulla sua riproducibilità e sul rapporto segnale-rumore. Femtosecond LIBS (fs-LIBS) può escludere l'effetto di schermatura al plasma poiché la durata dell'impulso ultracorto limita il tempo di interazione laser-materia. L'impulso a femtosecondi ha un'elevata densità di potenza in modo che i materiali possano essere efficacemente ionizzati e dissociati, portando a un rapporto segnale-sfondo più elevato e una risoluzione spettrale più precisa.

    La spettroscopia di rottura indotta da filamenti (FIBS) combina la tecnica LIBS con un filamento laser a femtosecondi. Un singolo filamento laser risulta dall'interazione tra i meccanismi di autofocalizzazione Kerr e di sfocatura del plasma presenti nella propagazione di un raggio ultracorto, fascio ad alta intensità in un mezzo trasparente come l'aria atmosferica. Il filamento laser a femtosecondi produce un canale laser plasma lungo e stabile, che garantisce la stabilità della densità di potenza del laser e può migliorare la stabilità della misurazione. Però, la potenza e la densità degli elettroni si saturano quando l'energia del laser aumenta. Questo è noto come effetto di bloccaggio dell'intensità del laser, e limita la sensibilità di rilevamento di FIBS.

    griglia al plasma

    Fortunatamente, l'effetto di bloccaggio dell'intensità del laser può essere superato attraverso un reticolo al plasma indotto dall'interazione non lineare di più filamenti di femtosecondi. È stato dimostrato che la densità elettronica nel reticolo del plasma è di un ordine di grandezza superiore a quella di un filamento.

    Sulla base di tale intuizione, i ricercatori sotto la guida di Heping Zeng presso la East China Normal University di Shanghai hanno recentemente dimostrato una nuova tecnica:la spettroscopia di rottura indotta da reticolo di plasma (GIBS). GIBS può superare efficacemente gli svantaggi di ns-LIBS, fs-LIBS, e FIBS. Con GIBS, l'intensità del segnale è aumentata di più di tre volte e la durata del plasma indotto dal reticolo di plasma è circa il doppio di quella ottenuta da FIBS con lo stesso impulso iniziale. L'analisi quantitativa è fattibile a causa dell'assenza di effetti di schermatura al plasma, l'alta potenza, e la densità elettronica del reticolo al plasma a femtosecondi.

    Zeng osserva che la tecnica GIBS potrebbe essere uno strumento promettente per rilevare campioni difficili da fondere, ionizzare, o dissociarsi, e può servire anche per campioni con matrici complesse.


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