Libs激光誘導(dǎo)擊穿系統(tǒng)是一種基于原子發(fā)射光譜的分析技術(shù)。
基本原理
- 激光燒蝕：使用高功率脈沖激光器，將激光束聚焦到樣品表面。激光能量密度較高，使樣品表面物質(zhì)瞬間加熱至高溫，迅速汽化、電離，形成由電子、離子和中性原子組成的等離子體。
- 等離子體發(fā)射：等離子體冷卻時(shí)，其中的電子和離子重新結(jié)合，原子從激發(fā)態(tài)躍遷到低能態(tài)并釋放光子，形成特定波長(zhǎng)的光，即特征發(fā)射線，每種元素都有發(fā)射譜線，可作為該元素的“指紋"。
- 光譜收集與分析：利用光譜儀收集等離子體發(fā)出的光，光譜儀將光分散成不同波長(zhǎng)的光譜并記錄。通過(guò)分析光譜，可確定樣品中存在的元素及其相對(duì)含量.
- 定量分析：將樣品光譜中的特征發(fā)射線強(qiáng)度與已知標(biāo)準(zhǔn)或校準(zhǔn)曲線比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)元素的定量分析，但這一過(guò)程需復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和校準(zhǔn)，以補(bǔ)償矩陣效應(yīng)、燒蝕效率變化等影響結(jié)果準(zhǔn)確性的因素。
技術(shù)特點(diǎn)
- 快速分析：能在幾秒內(nèi)得出分析結(jié)果，適用于需要快速檢測(cè)的場(chǎng)景，如工業(yè)生產(chǎn)中的在線監(jiān)測(cè)。
- 樣品制備簡(jiǎn)單：對(duì)于固體樣品，通常無(wú)需復(fù)雜的前處理，可直接檢測(cè)，能節(jié)省大量時(shí)間和人力成本。
- 多元素同時(shí)檢測(cè)：可一次性檢測(cè)多種元素，提高分析效率，有助于全面了解樣品的元素組成。
- 非接觸式測(cè)量：激光可從遠(yuǎn)處照射樣品，適用于難以接近或危險(xiǎn)環(huán)境中的樣品分析，如高溫、高壓、強(qiáng)輻射等環(huán)境下的檢測(cè)。
- 原位分析能力：可在不破壞樣品原始狀態(tài)和位置的情況下進(jìn)行分析，有利于對(duì)樣品的原位監(jiān)測(cè)和研究。
- 對(duì)樣品損傷?。阂话阒幌奈⒘繕悠罚也粫?huì)對(duì)樣品造成大面積破壞，對(duì)珍貴、稀有或難以獲取的樣品分析具有重要意義。
應(yīng)用領(lǐng)域
- 材料科學(xué)：可用于金屬、合金、陶瓷、復(fù)合材料等材料的成分分析、質(zhì)量控制、缺陷檢測(cè)等。如在鋼鐵行業(yè)中，快速檢測(cè)鋼中的碳、硅、錳、磷、硫等元素含量，確保鋼材質(zhì)量。
- 環(huán)境監(jiān)測(cè)：可檢測(cè)土壤、水體、大氣中的重金屬污染、有機(jī)物污染等。如直接測(cè)量大氣中的氣溶膠，監(jiān)測(cè)其中的鉛、汞等重金屬元素含量；分析土壤中的重金屬元素分布，評(píng)估土壤污染狀況。
- 地質(zhì)礦產(chǎn)：對(duì)礦石、巖石等地質(zhì)樣品進(jìn)行元素分析，輔助地質(zhì)勘探、礦產(chǎn)資源評(píng)估等工作。如檢測(cè)礦石中的金、銀、銅、鐵等元素含量，確定礦石品位和開(kāi)采價(jià)值。
- 能源領(lǐng)域：用于煤炭、石油、天然氣等能源物質(zhì)的分析，以及新能源材料的研究。如分析煤炭中的硫、灰分等成分，為煤炭的清潔利用提供依據(jù)；研究鋰離子電池電極材料中的元素分布，優(yōu)化電池性能。
- 生物醫(yī)學(xué)：在生物組織、細(xì)胞等樣品的元素分析方面有一定應(yīng)用潛力，如檢測(cè)生物體內(nèi)的微量元素含量，研究元素在生物體內(nèi)的分布和代謝規(guī)律。
- 文物考古：可對(duì)文物的材質(zhì)、年代、產(chǎn)地等進(jìn)行分析鑒定，為文物保護(hù)和研究提供科學(xué)依據(jù)。如分析古代陶瓷中的元素組成，判斷其燒制工藝和產(chǎn)地。
- 司法物證鑒定：可用于檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的物證，如血跡、毛發(fā)、纖維等中的元素成分，為案件偵破提供線索。
產(chǎn)品說(shuō)明
Libs激光誘導(dǎo)擊穿系統(tǒng)是一種原子發(fā)射光譜儀?？梢詫?duì)固相、液相和氣相基體中幾乎所有元素進(jìn)行定性和定量的分析。不同于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法如ICP-OES或者XRF，LIBS在檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的樣品制備。為了達(dá)到這個(gè)目的，LIBS采用高能量聚焦脈沖激光光束將樣品激發(fā)至等離子態(tài)，對(duì)產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)元素發(fā)射譜進(jìn)行分析。元素發(fā)射譜的波長(zhǎng)與元素的種類直接相關(guān)，而元素譜線的強(qiáng)度則和元素的含量相關(guān)。
激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)系統(tǒng)在進(jìn)行元素分析的時(shí)候，需要樣品量極少，對(duì)樣品的破壞性??；具有自清潔能力，幾乎不需要樣品制備；可以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)在線分析；具有遙測(cè)能力，可實(shí)現(xiàn)有毒、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境中的遠(yuǎn)距離、非接觸性測(cè)量；具有ppm量級(jí)探測(cè)靈敏度，可對(duì)痕量元素進(jìn)行探測(cè)。
應(yīng)用方向：
· 環(huán)境監(jiān)測(cè)（土壤污染，工業(yè)生產(chǎn)）
· 材料分析（金屬，煤炭，塑料）
· 醫(yī)學(xué)和生物化學(xué)（骨骼，牙齒）
· 藝術(shù)品鑒定（顏料，陶瓷，寶石）
激光誘導(dǎo)擊穿光譜產(chǎn)品構(gòu)成：
多通道光譜儀MX2500+，憑借其高效的外部同步時(shí)鐘，協(xié)同了所有通道實(shí)現(xiàn)精確的延遲采集，準(zhǔn)確的在原子激發(fā)輻射突出時(shí)采集到完整的原子譜線信號(hào)。同時(shí)，MX2500+可以應(yīng)客戶的需求在180-1100nm的范圍內(nèi)自由的配置光譜儀的通道數(shù)量和覆蓋范圍，系統(tǒng)自帶的高效時(shí)鐘可以同步所有通道，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確觸發(fā)兩臺(tái)外部設(shè)備。（如激光器或微波增強(qiáng)設(shè)備）
激光器：常使用Nd:YAG激光器，激光器的脈沖寬度一般為納秒量級(jí)，能夠在極短時(shí)間內(nèi)在極小面積上集中大量能量，作為系統(tǒng)激勵(lì)源，將樣品表面微量物質(zhì)剝離并激發(fā)出等離子體。
樣品倉(cāng)：密閉穩(wěn)定的倉(cāng)式結(jié)構(gòu)，一般會(huì)包含樣品平臺(tái)，激光聚焦和收光光路，氣體吹掃系統(tǒng)，成像系統(tǒng)，激光安全保護(hù)等配套裝置。
LIBS系統(tǒng)應(yīng)用：
土壤&農(nóng)作物污染檢測(cè)：2012年8月，海洋光學(xué)HR2000光譜儀搭建的激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)順利完成八個(gè)月的太空之旅抵達(dá)火星。美國(guó)國(guó)家航空和航天管理局(NASA)于2011年11月發(fā)射了裝載有海洋光學(xué)HR2000定制光譜儀的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)車--“好奇"號(hào)火星探測(cè)車，抵達(dá)后將對(duì)火星表面土壤成分進(jìn)行探測(cè)，使用的就是這種技術(shù)，隨著工業(yè)的發(fā)展，土壤污染也日益嚴(yán)重，從而會(huì)對(duì)植物，尤其是農(nóng)作物造成很大影響。
海洋光學(xué)的客戶使用MX2500+光譜儀組合樣品倉(cāng)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)進(jìn)行土壤和農(nóng)作物中重金屬成分進(jìn)行研究，結(jié)合對(duì)應(yīng)重金屬元素的濃度標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)元素在土壤和農(nóng)作物中的含量測(cè)量。由于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)無(wú)需樣品制備的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測(cè)量，因此研究結(jié)果對(duì)未來(lái)的土地污染防治，農(nóng)作物生產(chǎn)方面起到很大的指導(dǎo)意義。
多通道應(yīng)用：
煤炭&金屬測(cè)量：冶金行業(yè)屬于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的合金組份測(cè)量和都是在合金生產(chǎn)完成以后，對(duì)成品取樣、處理、制樣的方式進(jìn)行成分分析，速度較慢，一旦檢出結(jié)果不達(dá)標(biāo)，會(huì)報(bào)廢整批樣品，帶來(lái)很大的損失，MX2500+多通道光譜儀，作為一種靈活配置的設(shè)備，在合金生產(chǎn)過(guò)程的在線分析和質(zhì)量控制應(yīng)用上能夠大顯身手。
海洋光學(xué)提供了用于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的完整系統(tǒng)部件。沈陽(yáng)自動(dòng)化所采用海洋光學(xué)的MX2500+進(jìn)行合金組份檢測(cè)研究，同時(shí)進(jìn)行了MX2500+用于合金定量分析的算法模型優(yōu)化，在優(yōu)化的模型下，進(jìn)行了合金元素的定性半定量分析和鋼水在線監(jiān)測(cè)分析。
煤炭作為我國(guó)最重要的能源，同樣也存在類似鋼鐵行業(yè)的問(wèn)題，傳統(tǒng)的煤炭分析方法耗時(shí)長(zhǎng)，無(wú)論在煤炭生產(chǎn)或是使用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的成分分析，尤其是對(duì)于其中部分成分（硫）含量的實(shí)時(shí)檢測(cè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因而無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的質(zhì)量控制。海洋光學(xué)的MX2500+組成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜測(cè)量系統(tǒng)作為一種紫外波段特殊優(yōu)化的快速成分分析設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)從煤炭生產(chǎn)到煤炭燃燒各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
等離子體發(fā)光測(cè)量：MX2500+不僅僅可以組建激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，還可以用在各種各樣的原子光譜測(cè)量場(chǎng)合。例如電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）聯(lián)合使用，作為燃燒爐后端光譜采集設(shè)備。
寬波段、高分辨的多通道光譜儀MX2500+也是激光的測(cè)量的應(yīng)用中的一把利器。
大氣壓輝光放電過(guò)程中會(huì)生成等離子體，采用多通道光譜儀MX2500+測(cè)量等離子體，對(duì)使用大氣壓輝光放電的工作實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)過(guò)程監(jiān)測(cè)。
等離子刻蝕是半導(dǎo)體及微系統(tǒng)制造超大規(guī)模集成電路制造過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，使用多通道光譜儀MX2500+實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等離子體光譜，即可在刻蝕過(guò)程中精確的定位蝕刻終點(diǎn)，提升刻蝕的工藝水平。
產(chǎn)品參數(shù)
| 系統(tǒng)性能參數(shù) |
| 可測(cè)元素 | 原子序數(shù)Z≥1 |
| 濃度范圍 | ≥10ppm，取決于元素種類 |
| 樣品性狀 | 固體或壓片粉末 |
| 樣品尺寸 | 30*30*20mm（x*y*z） |
| 樣品重量 | 2kg |
| 平移臺(tái)行程范圍 | 50*50*20mm（x*y*z） |
| 光斑尺寸 | ≤200μm@1064nm 可選透鏡 |
| 激光器波長(zhǎng) | Nd:YAG 1064nm/532nm/266nm 可選 |
| 激光器能量 | 50mJ/200mJ可選 |
| 光纖 | 抗紫外光纖 |
| 成像 | 同軸成像，帶樣品照明 |
| 軟件 | 控制硬件設(shè)備，獲取數(shù)據(jù) |
| 支持二次開(kāi)發(fā)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù) |
| 光譜處理算法，熒光背景扣除 |
| 光譜儀參數(shù) |
| 波長(zhǎng)范圍 | 180nm-1100nm內(nèi)可選 |
| 通道數(shù) | 1~8通道 |
| 光學(xué)分辨率 | 0.1nm（FWHM） |
| 探測(cè)器 | 線陣CCD/面陣CCD可選 |
| 積分時(shí)間 | 1ms~65s |
| 觸發(fā)延遲 | ±450μs |
| 觸發(fā)抖動(dòng) | ±10ns |
| 尺寸重量 |
| MX2500+尺寸（8通道） | 460mm*150mm*165mm |
| MX2500+重量（8通道） | 7kg |
| 樣品倉(cāng)尺寸 | 450mm*410mm*460mm |
| 樣品倉(cāng)重量 | 30kg |
| 激光驅(qū)動(dòng)器尺寸 | 360mm*133mm*435mm |
| 激光驅(qū)動(dòng)器重量 | 14kg |
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