华东交通大学智能机电装备创新研究院在LIBS液相样品元素痕量分析方面取得进展

    近日，我院在中科院一区光谱学领域权威期刊《J. Anal. At. Spectrom.》上发表的一篇关于激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown spectroscopy, LIBS）领域的研究工作。文章题为：Elemental analysis of liquid samples by nanoparticle-enhanced laser-induced breakdown spectroscopy: using ordered nano-arrays with tunable nanoparticle size and inter-particle distance。本研究第一作者为华东交通大学智能机电创新研究院的陈楠博士，通讯作者为我院院长刘燕德教授。

通过激光诱导击穿光谱（LIBS）测定液体样品中的元素已在环境和生物医学等领域的应用中展现了巨大潜力。尽管如此，如何在简单快速制备样品的同时实现超低浓度痕量元素检测仍然是一项挑战。纳米颗粒增强激光诱导击穿光谱（NELIBS）无需额外装置和外部能量即可实现显著增强信号强度，但其增强效果受纳米粒子（NPs）的尺寸、粒子间距离和分布均匀性的影响。目前，研究人员多采用NPs胶体溶液沉积法制备样品，通常这种方法合成的 NPs 颗粒直径均匀，但在NPs干燥过程中会出现咖啡环和团聚现象。同时，NPs 直径与粒子间距离的比值对 NELIBS 信号增强有至关重要的影响，而NPs 胶体溶液的干燥沉积效果与实验操作者的个人经验和操作技术密切相关，这将导致NELIBS的信号可重现性难以保证。

针对以上问题，为此提出一种将有序纳米阵列（金包硅纳米锥阵列，Au/SiNCA）基底与几何约束液固转换(GCLSC)方法相结合用于液体样品NELIBS检测的策略。GCLSC预处理方法可提高样品液滴在基底表面沉积的均匀性，而 Au/SiNCA 基底的良好均匀性可进一步确保信号增强的重现性。更重要的是，在制备 Au/SiNCA 的过程中，可以通过调节工艺参数精确控制NPs的直径和粒子间距，这对于获得最大的NELIBS增强效果极为重要。

本工作首次提出使用一种NPs粒径大小、间隙距离均可调控的有序纳米阵列作为液-固转换基片并增强LIBS 信号的新方法。制作有序纳米阵列所采用的纳米球刻蚀方法是一种以成本低廉为著称的大面积有序纳米阵列制备方法，其可实现近晶圆级大小纳米阵列的制备，大面积制备切割为合适小片后单个液-固转换基片成本较低并且坚固耐用可长期保存。此外，值得注意的是纳米球刻蚀技术是一种以低成本著称的纳米结构图案化制备技术，可实现大规模批量制备，这表明本文提出的Au/SiNCA基底在NELIBS领域的应用前景十分广阔。