La spectroscopie de rupture induite par laser (LIBS) est un outil d'analyse chimique rapide. Une puissante impulsion laser est focalisée sur un échantillon pour créer un microplasma. Les spectres d'émission élémentaire ou moléculaire de ce microplasme peuvent être utilisés pour déterminer la composition élémentaire de l'échantillon.

Par rapport à une technologie plus traditionnelle, comme la spectroscopie d'absorption atomique et la spectroscopie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES), LIBS présente des avantages uniques :pas de prétraitement des échantillons, détection simultanée de plusieurs éléments, et mesures sans contact en temps réel. Ces avantages le rendent approprié pour l'analyse pratique des solides, des gaz, et liquides.

LIBS traditionnel et extensions

Les systèmes LIBS traditionnels basés sur un laser à impulsions nanosecondes (ns-LIBS) présentent certains inconvénients dus à l'intensité de la puissance laser, longue durée d'impulsion, et l'effet de protection contre le plasma. Ces problèmes affectent négativement sa reproductibilité et son rapport signal/bruit. Le LIBS femtoseconde (fs-LIBS) peut exclure l'effet de protection plasma puisque la durée d'impulsion ultracourte limite le temps d'interaction laser-matière. L'impulsion femtoseconde a une densité de puissance élevée afin que les matériaux puissent être efficacement ionisés et dissociés, conduisant à un rapport signal sur fond plus élevé et à une résolution spectrale plus précise.

La spectroscopie de rupture induite par filament (FIBS) combine la technique LIBS avec un filament laser femtoseconde. Un filament laser unique résulte de l'interaction entre les mécanismes d'autofocalisation Kerr et de défocalisation plasma présents dans la propagation d'un ultracourt, faisceau de haute intensité dans un milieu transparent tel que l'air atmosphérique. Le filament laser femtoseconde produit un canal plasma laser long et stable, qui garantit la stabilité de la densité de puissance laser et peut améliorer la stabilité de la mesure. Cependant, les densités de puissance et d'électrons se saturent lorsque l'énergie laser augmente. Ceci est connu sous le nom d'effet de serrage d'intensité laser, et il limite la sensibilité de détection de FIBS.

Caillebotis plasma

Heureusement, l'effet de blocage de l'intensité laser peut être surmonté grâce à un réseau de plasma induit par l'interaction non linéaire de plusieurs filaments femtosecondes. La densité électronique dans le réseau de plasma s'est avérée être un ordre de grandeur supérieur à celui d'un filament.

Sur la base de cette perspicacité, des chercheurs sous la direction de Heping Zeng de l'East China Normal University à Shanghai ont récemment démontré une nouvelle technique :la spectroscopie de rupture induite par réseau de plasma (GIBS). GIBS peut surmonter efficacement les inconvénients de ns-LIBS, fs-LIBS, et FIBS. Avec GIBS, l'intensité du signal est augmentée plus de trois fois et la durée de vie du plasma induit par le réseau de plasma est environ le double de celle obtenue par FIBS avec la même impulsion initiale. L'analyse quantitative est réalisable en raison de l'absence d'effets de protection plasma, la haute puissance, et la densité électronique du réseau plasma femtoseconde.

Zeng note que la technique GIBS pourrait être un outil prometteur pour détecter des échantillons difficiles à fondre, ioniser, ou dissocier, et peut également servir pour des échantillons avec des matrices complexes.