Lowering the detection limits of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) technique via innovative approaches

Spektrometrie laserem buzeného mikroplazmatu (LIBS) nabízí významné výhody pro rychlou, bezkontaktní a minimálně destruktivní prvkovou analýzu vzorků, avšak její přesnost a citlivost bývá omezena heterogenitou plazmatu, matričními jevy a instrumentálními omezeními. Tato disertační práce se zaměřuje na dvě klíčové oblasti, jejichž cílem je zvýšit spolehlivost a analytické schopnosti metody LIBS. První část práce se zabývá dynamikou plazmatu generovaného na rozhraní dvou kovů, která byla zkoumána pomocí dvou- a třírozměrného zobrazování, interferometrie a spektroskopie při různých okolních tlacích. Výsledky ukázaly výraznou asymetrii plazmatu na materiálovém rozhraní, zejména při nižších tlacích, což vyvrací běžně přijímaný předpoklad uniformity plazmatu. Intenzita signálu byla navíc silně ovlivněna optickým zarovnáním, což zdůrazňuje nutnost precizního nastavení sběrné optiky při prvkové analýze a mapování heterogenních vzorků. Tato studie především poukazuje na potřebu kritického přehodnocení předpokladu homogenního plazmatu, který často nemusí platit při analýze jemných heterogenních struktur. Druhá část práce systematicky zkoumá potenciál ortogonálního trojpulzního (TP) uspořádání LIBS pro zesílení signálu spektrálních čar s vysokou excitační energií na vzorcích měkkého borosilikátového skla a simulantu měsíčního regolitu. Experimenty prokázaly výrazné zesílení signálu, především pro iontové emisní čáry s vysokými excitačními energiemi, přičemž výsledky předčily jak jedno-, tak dvoupulzní konfigurace. Zároveň byla studována závislost mezi excitační energií spektrálních čar a zesílením signálu v kolineární dvoupulzní konfiguraci, která ukázala lineární závislost a naznačila, že zesílení signálu je převážně způsobeno vyšším množstvím odpařeného materiálu a delší dobou života plazmatu, nikoliv vyšší teplotou plazmatu. Tyto poznatky přinášejí hlubší pochopení chování LIBS plazmatu na rozhraní komplexních materiálů a poskytují praktické strategie optimalizace pro výrazné zlepšení analytických schopností metody LIBS napříč různými matricemi.