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High sensitive detection of elements in liquid samples by laser-induced breakdown spectroscopy with a liquid jet; Laser remote analysis for next generation nuclear fuel

液体ジェットを用いたレーザー誘起ブレークダウン分光による高感度溶存元素分析; 次世代燃料のレーザー遠隔分析

大場 弘則  ; 佐伯 盛久; 利光 正章; 若井田 育夫  ; 田邉 里枝*; 伊藤 義郎*

Oba, Hironori; Saeki, Morihisa; Toshimitsu, Masaaki; Wakaida, Ikuo; Tanabe, Rie*; Ito, Yoshiro*

次世代燃料の遠隔分析技術開発において、レーザー誘起ブレークダウン分光(LIBS)を液体試料に適用し、その性能を確かめた。液体を対象としたLIBSによる元素分析の高感度化を図るため、ノズルから噴出する液体ジェットにより気液界面を形成させ、そこにナノ秒パルスレーザーを集光して発光分光観測への適用について検討した。液体ジェットフローは内径0.52mmのピペットチップあるいはダブルスリットノズルにより形成される膜厚が5$$sim$$40$$mu$$mの液体シートとした。分析水溶液循環システムを構築し、ナトリウム水溶液のLIBS分析を行い、フロー水柱あるいは液体超薄膜にレーザー光を集光した場合について発光観測状況を調べた。濃度が1ppmのナトリウム水溶液で、液柱フローと液体シートフローとでは発光強度の大きさで5倍以上あり、感度に大きな差があることが示された。液体フロージェットへのレーザー照射位置を最適化して検量線を作成したところ、液柱フローで14ng/mL、液体シートフローでは1.1ng/mLの検出下限を得た。

We investigated the feasibility of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) for the determination of elements in a liquid solution in the form of a jet flow and using nanosecond laser pulses. A comparison of LIBS sensitivity between two types of flows for liquid analysis was performed. A pipette nozzle tip was used to create a columnar flow of 520$$mu$$m diameter, whereas a trapezoidal-shaped groove nozzle tip produced an ultrathin sheet flow of 5$$sim$$40$$mu$$m thickness. The limit of detection of Na atoms was estimated to be about 14 ng/mL by use of the columnar flow, whereas 1.1 ng/mL in the case of the sheet flow.

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