论文标题：Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Applied to Elemental Analysis of Aqueous Solutions—A Comprehensive Review

论文链接：https://www.mdpi.com/2813-446X/2/1/1

期刊名：Spectroscopy Journal

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/spectroscj

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术近年来在固体样品现场元素分析领域取得了显著进展，然而在水溶液分析中的应用却相对滞后。尽管自1984年Cremers等人首次将该技术应用于水溶液分析以来，已有大量相关研究，但LIBS在水溶液元素分析中仍处于边缘地位。德国亚琛工业大学Nils Schlatter和Bernd G. Lottermoser教授团队在《Spectroscopy Journal》发表的最新综述文章，系统回顾了1984-2023年间LIBS技术在水溶液元素分析领域的研究进展，比较了不同仪器类型、样品前处理技术和实验参数设置，并首次以元素周期表的形式直观展示了56种元素的检测限数据，为研究人员选择合适的方法提供了重要参考。

研究过程与结果

该研究团队通过全面文献调研，建立了包含153篇文献的数据库，系统分析了LIBS在水溶液元素分析中的技术发展历程。研究发现，水溶液LIBS分析面临的主要挑战是直接液体表面分析时存在的飞溅、蒸发和等离子体冷却等问题，这导致灵敏度低和重复性差。为解决这些问题，研究人员开发了四类主要样品前处理方法：液体本体分析(LB)、液固转换(LSC)、液气转换(LAC)和氢化物生成(HG)。其中LSC技术(占50%)通过将分析物预浓缩在固体基质上，显著提高了检测灵敏度，成为最常用的方法。研究还比较了实验室型、在线型、便携式和望远镜型四种LIBS仪器的优缺点，以及单脉冲、双脉冲、激光诱导荧光等不同实验设置对分析性能的影响。

通过对56种元素检测限数据的系统分析，研究发现LIBS对不同元素的检测性能存在显著差异。碱金属和碱土金属元素(如Li、Na、K)通常表现出较高的分析灵敏度，中位检测限低于1 mg/L；而第15-17族元素(如S、N、F、Br、P和Cl)由于电离能高且特征谱线多在红外区域，检测限相对较高。特别值得注意的是，Cr和Pb是研究最多的元素(分别有87和76个检测限报告)，这反映了环境监测中对有毒元素检测的高度关注。研究还发现，采用表面增强液固转换(SE-LSC)方法的检测限明显优于直接液体分析，为痕量元素检测提供了有效解决方案。

研究总结

这项系统性综述为LIBS技术在水溶液元素分析领域的应用提供了全面指导，揭示了当前的技术局限性和未来发展方向。尽管LIBS在实验室常规水分析中短期内难以取代IC、AAS和ICP-MS等成熟技术，但其仪器小型化、多元素同时检测和现场实时分析的优势，使其在环境监测、工业过程控制和应急检测等领域具有独特价值。特别是便携式LIBS设备与预浓缩技术的结合，有望实现痕量元素的现场快速筛查。研究指出的元素特异性检测性能差异和最佳方法选择建议，将为研究人员优化实验方案提供重要参考。随着样品前处理技术和仪器性能的不断改进，LIBS有望成为水溶液元素分析领域的重要补充技术，特别是在需要快速决策和现场分析的场景中发挥关键作用。