LIBS技術的廣泛應用

LIBS技術的廣泛應用

LIBS工作(zuò)原理(lǐ)

激光誘導擊穿光譜（LIBS）是一種原子發射光譜，它使用脈沖激光器(qì)作(zuò)為(wèi)激發源，激光脈沖聚焦到被測物體(tǐ)的表面産生(shēng)等離子體(tǐ)，發射出具有(yǒu)特定波長的光輻射。用高(gāo)靈敏度的光譜儀對這些(xiē)光輻射進行(xíng)探測和(hé)光譜分析，就可(kě)以得(de)到被測材料的元素組成及含量。

LIBS工作(zuò)原理(lǐ)示意圖

特點：

l  微損檢測

l  測量速度快，可(kě)遠程分析

l  無需樣品預處理(lǐ)

l  定量分析微量元素

金屬元素分析

      近年來(lái)，中國有(yǒu)色金屬産業的發展突飛猛進，已成為(wèi)世界有(yǒu)色金屬的生(shēng)産和(hé)消費大(dà)國，在世界再生(shēng)金屬産業的發展中有(yǒu)着舉足輕重的地位。 由于市場(chǎng)需求強勁，有(yǒu)色金屬價格飙升，市場(chǎng)亟須可(kě)以在現場(chǎng)對金屬和(hé)合金進行(xíng)快速識别和(hé)定量分析的儀器(qì)，LIBS技術由于其快速和(hé)可(kě)定性定量分析，被廣泛用于工業生(shēng)産、回收及合金交易領域。Avantes公司新型Mini光譜儀體(tǐ)積僅紙牌大(dà)小(xiǎo)，可(kě)以輕松集成為(wèi)輕便的手持式LIBS光譜儀，将精密的儀器(qì)分析能力帶到生(shēng)産的第一線，快速完成對鐵(tiě)基、鋁基、銅基等金屬合金材料的牌号鑒别及合金元素成分的定量測量，幫助用戶輕松完成樣件的識别和(hé)分類，為(wèi)客戶帶來(lái)巨大(dà)的經濟效益。

手持式LIBS系統原理(lǐ)圖        普鋁試樣在不同1Q延時(shí)下的LIBS測試光譜圖

圖片來(lái)源：路輝, 胡曉軍, 曹斌, et al. 普鋁中Fe, Si元素的激光誘導擊穿光譜測試條件及定量分析研究[J]. 光譜學與光譜分析, 2019, 39(4):7.

煤炭在線檢測

LIBS在線煤質監測系統，使用先進的激光誘導穿透光譜分析方法，能夠在短(duǎn)時(shí)間(jiān)內(nèi)檢測出煤炭的特性參數，并将結果直接反饋到運行(xíng)控制(zhì)中心，為(wèi)控制(zhì)系統實時(shí)提供相關參數。對提高(gāo)能源利用效率，确保火(huǒ)力發電(diàn)廠生(shēng)産的經濟性、安全性具有(yǒu)十分重要的意義。除了測量速度快、多(duō)元素同時(shí)分析等優勢，激光誘導擊穿光譜（LIBS）還(hái)具有(yǒu)安全*輻射、成本低(dī)等優點，是目前先進的煤質在線監測技術。

系統搭建圖                                                                           典型煤樣平均光譜

圖片來(lái)源： Lu P ,  Zhuo Z ,  Zhang W , et al. Determination of calorific value in coal by LIBS coupled with acoustic normalization[J]. Applied Physics B, 2021.

岩石分析

岩石的岩性識别和(hé)元素含量分析對于能源開(kāi)采、地球成因及演化發展和(hé)地質研究至關重要。傳統手段需要依靠工作(zuò)人(rén)員的肉眼分析來(lái)判斷岩石顔色、顆粒大(dà)小(xiǎo)、硬度等進一步确認岩石岩性，但(dàn)是無法明(míng)确具體(tǐ)含量而且具有(yǒu)主觀性。實驗室內(nèi)多(duō)數采用X射線熒光光譜法（XRF）、質譜法、化學分析法等，但(dàn)是這些(xiē)方法無法實現在線分析，并且實驗室樣品多(duō)數需要制(zhì)備樣品，而且分析時(shí)間(jiān)長，因此不适合長期野外分析。通(tōng)過LIBS技術手段可(kě)以實現在線實時(shí)快速測量而且可(kě)以多(duō)元素同時(shí)定性、定量測量。下面的元素圖譜展示了岩石的元素分布狀況，利用岩石的不均勻性特征可(kě)以對岩石進行(xíng)分類。

利用光譜均值分類結果

（ａ） — 測試集為(wèi)片麻岩１和(hé)鉀長花(huā)崗岩石的分類結果 ； （ｂ） — 測試集為(wèi)片麻岩２和(hé)斜長花(huā)崗岩的分類結果 ；（ｃ）一測試集為(wèi)片麻岩１和(hé)斜長花(huā)崗岩的分類結果

圖片來(lái)源：張蕊, 孫蘭香, 陳彤, 王國棟, 張鵬, & 汪為(wèi). (2020). 基于激光誘導擊穿光譜技術的岩石表面指紋圖譜分析及分類方法. 地質學報, 94(3), 8.

工業分揀

由于LIBS技術可(kě)以遠距離探測（15cm或更遠），而且測量速度快（每秒(miǎo)幾千幅光譜），所以LIBS 技術也可(kě)以用于工業在線分揀。比如：使用 LIBS 系統的快速材料識别能力可(kě)以更容易地分離塑料和(hé)金屬；在鋁回收過程中，LIBS 可(kě)以更快更準确地對廢金屬進行(xíng)分類；可(kě)以在采礦業中用于選礦；在回收領域中用于電(diàn)子産品廢料分選；等等。

土壤分析

   近年來(lái)環境問題逐步成為(wèi)了人(rén)們關注的焦點，其中土壤重金屬（Cr，Cd, As, Se, Hg, Ni, Pb）污染一直影(yǐng)響着人(rén)們的健康生(shēng)活，研究人(rén)員也一直意識到土壤污染的重要性。但(dàn)傳統重金屬檢測方法(如原子吸收光譜法、X射線熒光分析法等)樣品預處理(lǐ)程序複雜,分析成本較高(gāo),而且不能滿足現場(chǎng)快速分析的要求。而LIBS技術隻需進行(xíng)簡單的樣品制(zhì)備或無需制(zhì)備，而且僅需測量樣品表面一個(gè)很(hěn)小(xiǎo)的取樣點即可(kě)得(de)到多(duō)種元素的成分分析結果，所以LIBS技術不僅可(kě)以減少(shǎo)分析時(shí)間(jiān)和(hé)成本，而且它能夠進行(xíng)小(xiǎo)規模的本地化調查。

土壤在424nm-430nm波段的LIBS光譜圖

圖片來(lái)源：何秀文,陳添兵,姚明(míng)印,周華茂,胡慧琴,王彩虹,劉木華. 激光誘導擊穿光譜技術/多(duō)元二次非線性回歸分析土壤中的鉻元素[J]. 分析化學, 2016, 44(1):6.

食品及糧食安全

随着人(rén)們生(shēng)活質量不斷提高(gāo)，食品攝入越來(lái)越多(duō)樣化，無論是常量元素，還(hái)是微量元素亦或是重金屬元素過多(duō)的攝入都會(huì)影(yǐng)響人(rén)類的身體(tǐ)健康，更有(yǒu)一些(xiē)不良商家(jiā)為(wèi)了提升口感在食品生(shēng)産加工過程中使用一些(xiē)禁用的添加劑或超量使用添加劑,使食品存在安全隐患，最終導緻人(rén)們身體(tǐ)健康受到威脅。因此對于食品的元素含量快速檢測變得(de)十分重要。

糧食安全也是我們需要重視(shì)的領域，對糧食作(zuò)物及種子中重金屬的檢測也是勢在必行(xíng)。LIBS技術具有(yǒu)無需或少(shǎo)量樣品預處理(lǐ)、無環境污染、 檢測速度快、可(kě)以進行(xíng)多(duō)元素同時(shí)檢測的優勢，在食品分析領域如奶粉、水(shuǐ)果、食用油、肉類、水(shuǐ)産等方面和(hé)糧食作(zuò)物及種子檢測方面均有(yǒu)應用。

84個(gè)豬肉樣品LIBS原始平均光譜圖

圖片來(lái)源：陳添兵, 劉木華, 黃林,等. 不同光譜預處理(lǐ)對激光誘導擊穿光譜檢測豬肉中鉛含量的影(yǐng)響[J]. 分析化學, 2016, 44(007):1029-1034.

産品型号推薦：

l  AvaSpec-Mini MKⅡ系列

l  AvaSpec-ULS2048/4096CL-EVO

l  AvaSpec系列多(duō)通(tōng)道(dào)光譜儀

• 上(shàng)一篇：了解超快光譜測試方法的工作(zuò)原理(lǐ)
• 下一篇：拉曼光譜儀的數據信号被遮蓋後怎樣解決呢?