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Enhancement of LIBS plasma in air with organic solvent vapors

  • Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) offers versatile, field-deployable elemental analysis; however, compact, high-repetition-rate nanosecond laser systems typically face constraints in power consumption and size, often compromising emission intensity and thus analytical performance. We demonstrate a significant improvement in LIBS signals through the controlled introduction of common organic solvent vapors into a sheath gas, with a diode-pumped solid-state laser (1064 nm, 2–28 kHz repetition rate, 450–600-μJ pulse energy). Optical and acoustic diagnostics reveal up to ca. 40-fold enhancement of the N II emission line at 567 nm when ambient air serves as the analyte. Maximal enhancement occurs at intermediate repetition rates of ca. 15 kHz, particularly at pulse energies approaching the optical breakdown threshold; this observation suggests a viable strategy for operating LIBS at lower pulse energies and higher repetition rates. Enhancement effects scale jointly with both vaporLaser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) offers versatile, field-deployable elemental analysis; however, compact, high-repetition-rate nanosecond laser systems typically face constraints in power consumption and size, often compromising emission intensity and thus analytical performance. We demonstrate a significant improvement in LIBS signals through the controlled introduction of common organic solvent vapors into a sheath gas, with a diode-pumped solid-state laser (1064 nm, 2–28 kHz repetition rate, 450–600-μJ pulse energy). Optical and acoustic diagnostics reveal up to ca. 40-fold enhancement of the N II emission line at 567 nm when ambient air serves as the analyte. Maximal enhancement occurs at intermediate repetition rates of ca. 15 kHz, particularly at pulse energies approaching the optical breakdown threshold; this observation suggests a viable strategy for operating LIBS at lower pulse energies and higher repetition rates. Enhancement effects scale jointly with both vapor pressure and ionization energy of the organic species, with acetone and toluene markedly outperforming methanol and isopropanol. These findings provide a rational foundation for significantly improving the analytical performance of portable LIBS instruments without exceeding platform-specific constraints.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Yi YouORCiD, Boyang Xue, Jens RiedelORCiD
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy
Jahr der Erstveröffentlichung:2026
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.3 Instrumentelle Analytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier B.V.
Jahrgang/Band:236
Aufsatznummer:107309
Erste Seite:1
Letzte Seite:6
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:LIBS
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
DOI:10.1016/j.sab.2025.107309
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-653758
ISSN:0584-8547
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 4.0 International
Datum der Freischaltung:19.01.2026
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:19.01.2026
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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