مطيافية الانهيار المستحث بالليزر

يُعدّ التحليل الطيفي بالانهيار المُستحث بالليزر ( LIBS ) نوعًا من أنواع التحليل الطيفي للانبعاث الذري ، حيث يستخدم نبضة ليزر عالية الطاقة كمصدر للإثارة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} يُركّز الليزر لتكوين بلازما، تعمل على تذرير العينات وإثارتها. ولا يبدأ تكوّن البلازما إلا عندما يصل الليزر المُركّز إلى عتبة معينة للانهيار الضوئي، والتي تعتمد عمومًا على البيئة ومادة الهدف. ^{[ 3 ]}

في الفترة من عام 2000 إلى عام 2010، أجرى مختبر أبحاث الجيش الأمريكي (ARL) أبحاثًا حول التوسعات المحتملة لتقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS)، والتي ركزت على الكشف عن المواد الخطرة. ^{[ 4 ] [ 5 ]} وشملت التطبيقات التي دُرست في مختبر أبحاث الجيش الأمريكي الكشف عن بُعد عن مخلفات المتفجرات وغيرها من المواد الخطرة، والتمييز بين الألغام الأرضية البلاستيكية، وتوصيف المواد لمختلف سبائك المعادن والبوليمرات. وتشير النتائج التي قدمها مختبر أبحاث الجيش الأمريكي إلى أن تقنية التحليل الطيفي بالليزر قد تكون قادرة على التمييز بين المواد النشطة وغير النشطة. ^{[ 6 ]}

تُعدّ تقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) إحدى التقنيات التحليلية العديدة التي يمكن استخدامها ميدانيًا، على عكس تقنيات المختبرات البحتة مثل تقنية التحليل الطيفي البصري (OES) باستخدام جهاز Spark . اعتبارًا من عام 2015تركز الأبحاث الحديثة حول تقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) على الأنظمة المدمجة والمحمولة. تشمل بعض التطبيقات الصناعية لهذه التقنية الكشف عن خلط المواد، ^{[ 8 ]} وتحليل الشوائب في الفولاذ، وتحليل الخبث في عمليات التعدين الثانوية، ^{[ 9 ]} وتحليل عمليات الاحتراق، ^{[ 10 ]} والتعرف السريع على قطع الخردة لأغراض إعادة التدوير الخاصة بكل مادة. وبفضل تقنيات تحليل البيانات، يجري توسيع نطاق استخدام هذه التقنية ليشمل العينات الصيدلانية. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

بالنسبة للبلازما الرقيقة بصريًا والمكونة من نوع ذري واحد متعادل في حالة توازن حراري محلي (LTE)، فإن كثافة الفوتونات المنبعثة من الانتقال من المستوى i إلى المستوى j هي ^{[ 17 ].}

${\displaystyle I_{ij}(\lambda )={\frac {1}{4\pi }}n_{0}A_{ij}{\frac {g_{i}\exp ^{-E_{i}/k_{B}T}}{U(T)}}I(\lambda )}$

أين  :

• ${\displaystyle I_{ij}}$هي كثافة معدل انبعاث الفوتونات (بوحدة م ⁻³ ستراديان ⁻¹ ثانية ⁻¹ )
• ${\displaystyle n_{0}}$يمثل عدد الذرات المتعادلة في البلازما (بوحدة م ⁻³ )
• ${\displaystyle A_{ij}}$يمثل احتمال الانتقال بين المستوى i والمستوى j (في s ⁻¹ )
• ${\displaystyle g_{i}}$هو انحطاط المستوى الأعلى i (2 J +1)
• ${\displaystyle U(T)}$هي دالة التقسيم (بدون وحدة)
• ${\displaystyle E_{i}}$يمثل مستوى الطاقة للمستوى الأعلى i (بوحدة إلكترون فولت)
• ${\displaystyle k_{B}}$ثابت بولتزمان ( بوحدة إلكترون فولت/كلفن)
• ${\displaystyle T}$هي درجة الحرارة (بالكلفن)
• ${\displaystyle I(\lambda )}$هل شكل الخط بحيث${\displaystyle \int _{-\infty }^{\infty }I(\lambda )d\lambda =1}$
• ${\displaystyle \lambda }$الطول الموجي (بالنانومتر)

دالة التقسيم${\displaystyle U(T)}$هي النسبة الإحصائية للمهنة في كل مستوى${\displaystyle k}$من الأنواع الذرية  :

${\displaystyle U(T)=\sum _{j}g_{j}\exp ^{-E_{j}/k_{B}T}}$

في الآونة الأخيرة، خضعت تقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) للدراسة كأداة تحليلية سريعة ودقيقة لتحليل الأغذية. وتُعتبر أداة تحليلية واعدة للتحليل الكيميائي النوعي والكمي، مما يجعلها مناسبة كتقنية تحليلية للعمليات (PAT) أو كأداة محمولة. وقد تم تحليل الحليب، ومنتجات المخابز، والشاي، والزيوت النباتية، والماء، والحبوب، والدقيق، والبطاطس، والتمر، وأنواع مختلفة من اللحوم باستخدام هذه التقنية. ^{[ 18 ]} وأظهرت دراسات قليلة إمكانية استخدامها كأداة للكشف عن الغش في بعض الأطعمة. ^{[ 19 ] [ 20 ]} كما تم تقييم تقنية LIBS كتقنية تصوير واعدة للعناصر في اللحوم. ^{[ 21 ]}

في عام ٢٠١٩، استخدم باحثون من جامعة يورك وجامعة ليفربول جون مورس تقنية التحليل الطيفي بالليزر (LIBS) لدراسة ١٢ محارة أوروبية ( Ostrea edulis ، لينيوس ، ١٧٥٨) من موقع نفايات الأصداف الذي يعود إلى أواخر العصر الحجري الوسيط في جزيرة كونورز ( جمهورية أيرلندا ). وأظهرت النتائج إمكانية تطبيق تقنية LIBS لتحديد الممارسات الموسمية في عصور ما قبل التاريخ، بالإضافة إلى العمر البيولوجي ومعدل النمو، بمعدل أسرع وتكلفة أقل مما كان متاحًا سابقًا. ^{[ ٢٢ ] [ ٢٣ ]}

• التحليل الطيفي الذري
• الاستئصال بالليزر
• التألق الناتج عن الليزر
• قائمة طرق تحليل الأسطح
• مطيافية الصوت الضوئي
• مطيافية رامان
• التحليل الطيفي

• لي، وون باي؛ وو، جيانيونغ؛ لي، يونغ إيل؛ سنيدون، جوزيف (2004). "التطبيقات الحديثة لمطيافية الانهيار المستحث بالليزر: مراجعة لمناهج المواد". مجلة مراجعات المطيافية التطبيقية . 39 (1): 27-97 . Bibcode : 2004ApSRv..39...27L . doi : 10.1081/ASR-120028868 . ISSN 0570-4928 . S2CID 98545359 .  
• نول، راينهارد؛ بيت، هولجر؛ بريش، أدريان؛ كراوشار، مارك؛ مونش، إنجو؛ بيتر، لازلو؛ ستورم، فولكر (2001). "مطيافية الانهيار المستحث بالليزر - تطبيقات للتحكم في الإنتاج وضمان الجودة في صناعة الصلب". مجلة Spectrochimica Acta، الجزء ب: مطيافية الذرات . 56 (6): 637-649 . Bibcode : 2001AcSpe..56..637N . doi : 10.1016/S0584-8547(01)00214-2 . ISSN: 0584-8547 . 

• أندريه دبليو. ميزيوليك؛ فينتشنزو باليشي؛ إسرائيل شيشتر (2006). مطيافية الانهيار المستحث بالليزر . نيويورك: مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-85274-9.
• غورنوشكين، آي بي؛ أمبونساه-مانجر، ك؛ سميث، بي دبليو؛ أومينيتو، ن؛ واينفوردنر، جيه دي (2004). " مطيافية الانهيار المستحث بالليزر على الرقاقة الدقيقة: دراسة جدوى أولية" . مطيافية تطبيقية . 58 (7): 762-769 . Bibcode : 2004ApSpe..58..762G . doi : 10.1366/0003702041389427 . PMID 15282039. S2CID 41416641 .  {{cite journal}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
• أمبونساه-مانجر، ك.؛ أومينيتو، ن.؛ سميث، ب.و.؛ جورنوشكين، إ.ب.؛ واينفوردنر، ج.د. (2005). "استئصال المعادن بالليزر باستخدام الرقائق الدقيقة: دراسة عملية الاستئصال في ضوء تطبيقها على مطيافية الانهيار المستحث بالليزر". مجلة التحليل الطيفي الذري . 20 (6): 544. doi : 10.1039/B419109A .
• لوبيز-مورينو، سي.؛ أمبونساه-مانجر، ك.؛ سميث، بي دبليو؛ جورنوشكين، آي بي؛ أومينيتو، إن.؛ بالانكو، إس.؛ لاسيرنا، جيه جيه؛ واينفوردنر، جيه دي (2005). "التحليل الكمي للفولاذ منخفض السبائك باستخدام مطيافية الانهيار المستحث بالليزر على رقاقة دقيقة". مجلة التحليل الطيفي الذري . 20 (6): 552. doi : 10.1039/B419173K . S2CID 39938942 . 
• بيت، هـ؛ نول، ر (2004). "مطيافية الانهيار المستحث بالليزر عالية السرعة للتحليل المجهري الماسح". مجلة الفيزياء د: الفيزياء التطبيقية . 37 (8): 1281. رمز Bibcode : 2004JPhD...37.1281B . doi : 10.1088/0022-3727/37/8/018 . S2CID 250750854 . 
• بالزر، هربرت؛ هوهن، مانويلا؛ نول، راينهارد؛ شتورم، فولكر (2006). "نهج جديد للمراقبة الآنية لتوزيع الألومنيوم في طبقات الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن باستخدام مطيافية الانبعاث البصري المحفز بالليزر". الكيمياء التحليلية والكيمياء الحيوية التحليلية . 385 (2): 225-233 . doi : 10.1007/s00216-006-0347-z . PMID 16570144. S2CID 42607960 .  
• ستورم، ف.؛ بيتر، ل.؛ نول، ر. (2000). "تحليل الفولاذ باستخدام مطيافية الانهيار المستحث بالليزر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية الفراغية" . مطيافية تطبيقية . 54 (9): 1275-1278 . Bibcode : 2000ApSpe..54.1275S . doi : 10.1366/0003702001951183 . S2CID 32765892 . 
• فاديلو، خوسيه م.؛ لاسيرنا، ج. خافيير (2004). "مطيافية البلازما المحفزة بالليزر: أداة تحليلية سطحية حقيقية". مجلة سبيكتروكيميكا أكتا، الجزء ب: مطيافية الذرات . 59 (2): 147. رمز Bibcode : 2004AcSpe..59..147V . ​​doi : 10.1016/j.sab.2003.11.006 .
• دوسيه، فرانسوا ر.؛ فاوستينو، باتريك ج.؛ سبسبي، محمد؛ ليون، روبي س. (2008). "التحليل الجزيئي الكمي باستخدام انبعاث نطاقات جزيئية بواسطة مطيافية الانهيار المستحث بالليزر والكيمياء القياسية" . مجلة التحليل الطيفي الذري . 23 (5): 694. doi : 10.1039/b714219f . S2CID 97020157 . 
• في كوباتشيفسكي، فيبكتور، د.كليميتو، فيبويكوف، م.كريفوشيفا، لبوبروفا. (2008). "التحليل الشامل يحتوي على محلل LEA S500" . الصور (بالروسية) (1): 38-40 .{{cite journal}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
• نول، راينهارد (2012). مطيافية الانهيار المستحث بالليزر: الأساسيات والتطبيقات . برلين: سبرينغر. ISBN 978-3-642-20667-2.

• قاعدة بيانات NIST LIBS