氣溶膠中的鍶元素（含放射性同位素 Sr-90）是大氣污染與工業(yè)排放監(jiān)控的關(guān)鍵對(duì)象，但其不可降解性會(huì)給人體健康帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)如 X 射線熒光光譜法、電感耦合等離子質(zhì)譜法等，存在設(shè)備龐大、價(jià)格昂貴、需復(fù)雜采樣預(yù)處理等弊端，難以滿足實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)需求。而激光誘導(dǎo)等離子體光譜（LIBS）技術(shù)憑借無需采樣預(yù)處理、原位快速檢測(cè)、設(shè)備緊湊、操作簡(jiǎn)便的核心優(yōu)勢(shì)，成為環(huán)境介質(zhì)成分在線監(jiān)測(cè)的理想選擇。

何洪鈺團(tuán)隊(duì)在《光學(xué)精密工程》期刊中的《激光誘導(dǎo)等離子體光譜直接探測(cè)氣溶膠中的鍶元素》一文中搭建 LIBS 實(shí)驗(yàn)裝置，以粒徑 2μm 的單分散鈦酸鍶顆粒生成含鍶氣溶膠，通過 80mJ 能量、1064nm 波長(zhǎng)的激光器擊穿氣溶膠產(chǎn)生等離子體，再由八通道光譜儀收集分析信號(hào)。

圖1 含鍶氣溶膠產(chǎn)生及 LIBS 監(jiān)測(cè)裝置

實(shí)驗(yàn)得到 LIBS 裝置在線監(jiān)測(cè)不同濃度含鍶氣溶膠整體的平均光譜，如圖 2 所示。從 6 000 次測(cè)量的平均光譜中可以清晰地識(shí)別出多條鍶元素 的 特 征 譜 線（338. 07，346. 45，407. 77，421. 55 nm），且特征譜線強(qiáng)度隨著氣溶膠濃度的下降而下降。

圖2 不同濃度含鍶氣溶膠的光譜

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，并非每次激光激發(fā)都能激發(fā)顆粒物探測(cè)到鍶元素。激光激發(fā)顆粒物時(shí)，得到的鍶元素譜線強(qiáng)度也不穩(wěn)定，如圖 3 所示。

圖3 低密度氣溶膠407.77nm譜線強(qiáng)度隨時(shí)間的變化

氣溶膠濃度為 2. 71 mg/m3時(shí)，相應(yīng)的含鍶氣溶膠等離子體的激發(fā)概率約為 19%。利用整體平均法及條件分析法分別進(jìn)行光譜處理，得到的鈦酸鍶氣溶膠光譜如圖 4 所示。從圖中可以清晰地看出，利用條件分析平均法進(jìn)行光譜分析得到的鍶元素譜線強(qiáng)度提升了約 8 倍。由于噪聲具有隨機(jī)性，同一套探測(cè)系統(tǒng)的噪聲一定，因此，條件分析平均法使信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）增加約 8 倍。

圖4　整體平均法及條件分析平均法的鈦酸鍶氣溶膠光譜對(duì)比

在測(cè)量周期內(nèi)，累計(jì)光譜總強(qiáng)度可以用于確定氣溶膠中目標(biāo)元素的濃度。根據(jù)條件分析累計(jì)譜進(jìn)行定標(biāo)曲線繪制，如圖5所示。

經(jīng)計(jì)算分析得到考慮激光激發(fā)概率后 LIPS 探測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)限為 1.3 μg/m3。與平均光譜分析相比，條件分析累計(jì)法可以將低密度氣溶膠的靈敏度提升將近3個(gè)數(shù)量級(jí)。

圖5 條件分析累計(jì)的鈦酸鍶譜線定標(biāo)曲線

條件分析平均可以有效提升譜線強(qiáng)度卻無法提升探測(cè)靈敏度，在測(cè)量周期內(nèi)利用累計(jì)光譜取代平均光譜，可以有效改善信號(hào)強(qiáng)度及探測(cè)靈敏度。

采用如海光電的多通道光譜儀，結(jié)合條件分析累計(jì)光譜分析的方法得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以滿足監(jiān)測(cè)工業(yè)中鍶元素含量的排放需求。