Détection des éléments traces dans les liquides améliorée par une nouvelle technique de spectroscopie


La spectroscopie de dégradation induite par laser (LIBS) est une technologie d’analyse chimique rapide qui a été bien développée pour les analyses d’éléments traces dans les gaz, les liquides et les solides. Il utilise une impulsion laser haute puissance pour générer un plasma à haute température et de courte durée dans un échantillon. Lorsque le plasma se refroidit, il émet des pics spectraux qui correspondent aux éléments du tableau périodique. L’exploration récente a étendu LIBS via la spectroscopie de rupture induite par filament (FIBS), qui a une meilleure sensibilité et une plus grande stabilité. Pourtant, le FIBS est intrinsèquement limité par les intensités laser guidées dans la filamentation elle-même.

La spectroscopie de claquage induite par un réseau de plasma (GIBS) pourrait surmonter les limites du FIBS. Cependant, une ablation laser efficace dans un liquide est restée un grand défi car les excitations plasma sont entravées par la génération inévitable d’ondes de choc et de microbulles, ainsi que par des changements spectaculaires de pression de liquide entourant la région d’ablation.

Comme rapporté dans Nexus photonique avancé, les chercheurs ont récemment combiné FIBS et GIBS comme technique efficace pour la détection sensible des métaux traces dans les liquides. Ils ont démontré la combinaison de fortes interactions non linéaires de filaments (coplanaires et non colinéaires) avec différents réseaux de plasma, pour aboutir à une innovation technique appelée « F-GIBS » (filament- and plasma-grating-induced breaking spectroscopy). F-GIBS a été mis en œuvre en utilisant des jets de fluide pour analyser des solutions aqueuses.

Cette technique d’excitation du plasma évite parfaitement l’influence néfaste des fluctuations de la surface du liquide et des bulles formées par les violentes explosions de plasma. Deux faisceaux laser femtoseconde ont été couplés de manière non colinéaire pour établir des réseaux de plasma couvrant presque tout le jet et exciter l’échantillon liquide. Un troisième filament a été aligné pour se coupler de manière non linéaire avec les réseaux de plasma dans le même plan (vertical au jet de fluide). Les filaments couplés de manière non linéaire sont entrés dans le jet de fluide à travers l’interface air-eau sans ruptures de filaments aléatoires.

Selon l’auteur principal Heping Zeng, professeur au State Key Laboratory of Precision Spectroscopy de l’East China Normal University, « F-GIBS fournit une technique prometteuse pour la détection des éléments traces dans les solutions aqueuses avec des sensibilités améliorées. Les excitations régénératives des réseaux de plasma démontrées dans ce travail peuvent servir à améliorer certaines autres techniques LIBS à double impulsion déjà bien développées, telles que le réchauffage du plasma et la fluorescence induite par laser, avec une réexcitation du plasma dans des délais beaucoup plus courts, facilitant une utilisation pratique de lasers provenant des mêmes sources.

Référence: Hu M, Li F, Shi S, et al. Détection de métaux traces dans l’eau par spectroscopie de claquage induite par filament et plasma. APN. 2023;2(1):016008. doi : 10.1117/1.APN.2.1.016008

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