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流速优化破局！液膜射流LIBS技术实现涉核液体痕量锂高灵敏检测
2026年04月17日 11:55:12
来源：化工仪器网 点击量：5066
中国原子能科学研究院团队基于液膜射流激光诱导击穿光谱（LIBS）技术，通过优化射流流速攻克液体检测信号弱、稳定性差难题，痕量锂检出限低至0.15mg/L，满足压水堆冷却剂实时监测要求。
核设施液态工质的原位、实时、高灵敏监测，是保障反应堆安全稳定运行的核心环节，压水堆一回路冷却剂中的锂元素浓度直接关系反应堆化学控制与结构材料腐蚀防护，长期以来行业一直缺乏无需取样、无需前处理的快速检测手段。
长期以来，激光诱导等离子体光谱技术因快速、便捷的特性，在涉核液体元素在线监测领域极具应用前景，但受激光与液体作用过程中液体飞溅、表面波动、等离子体淬灭等因素制约，激光诱导等离子体光谱技术的检测灵敏度难以满足涉核液体痕量元素在线监测的关键需求，成为限制该技术在核工业领域落地的关键瓶颈。针对这一行业共性技术痛点，中国原子能科学研究院核物理研究所联合反应堆工程技术研究所研究团队另辟蹊径，以液膜射流为技术突破点，系统开展液膜流速对液面稳定性、等离子体参数影响的机理研究，成功揭示流速与光谱信号强度之间的内在关联，为涉核液体在线监测提供了全新可行的技术路径。
(a) LIBS系统和液片射流系统设置的示意图，(b) 实验用平面喷嘴。
2.90 米秒时流速的校准曲线-1以及12.47米南-1
团队创新性采用液膜射流LIBS检测体系，通过精准调控液膜流动速度，有效改善激光与液体样品的相互作用条件，延长等离子体生命周期、提升电子密度与激发温度，最终实现检测信噪比与灵敏度的同步大幅提升。实验数据表明，在扁平喷嘴宽度2.15 mm、厚度0.43 mm的优化结构下，当液膜流速控制在12.47 m/s时，锂元素检出限低至0.15 mg/L，这一指标完全满足压水堆冷却剂锂浓度实时监测的严苛要求，该技术全程无需取样、无需化学试剂前处理，检测流程快速简便，同时对钠、锌等多种金属元素同样具备显著的信号增强效果，展现出优异的技术通用性与场景适配能力。
相关研究成果以论文形式发表于国际光谱学权威期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》，从机理层面建立了流速、等离子体关键参数与检测灵敏度之间的关联模型，为LIBS液体检测技术的优化升级提供了扎实的科学依据与理论支撑。
从核工业检测与光谱仪器行业发展的视角来看，这项技术突破具有重要的现实意义与应用价值，它不仅填补了压水堆冷却剂锂元素原位实时快速检测的技术空白，有效提升核设施运维安全与运行效率，也为液体专用LIBS设备的工程化开发提供了可落地的设计思路，进一步拓宽激光诱导等离子体光谱技术的应用边界。
在检测技术快速发展的当下，无接触、无耗材、实时原位、多元素同步分析正成为核化工、环境监测、冶金化工等领域液体痕量元素检测的主流趋势，而本次液膜射流流速优化策略，从机理层面破解了LIBS技术长期面临的液体检测灵敏度不足难题，推动该项技术从实验室研究迈向核工业在线监测实用化阶段，也为其他复杂液体体系的痕量元素检测提供了可复制、可借鉴的创新思路。
参考论文：《Effect of liquid-sheet jet flow velocity on lithium detection sensitivity in aqueous solutions via laser-induced breakdown spectroscopy》
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