LIBS技術的廣泛應用

LIBS技術的廣泛應用

LIBS工作原理

激(ji)光誘導擊穿(chuan)光譜(pu)（LIBS）是一種原子發(fa)射(she)光(guang)譜(pu)，它使(shi)用脈沖激(ji)光(guang)器作為激(ji)發(fa)源，激(ji)光(guang)脈沖聚焦(jiao)到被測(ce)物體(ti)的表面產生等離子體(ti)，發(fa)射(she)出具有特定波(bo)長的光(guang)輻射(she)。用高靈敏度的光(guang)譜(pu)儀對這些(xie)光(guang)輻射(she)進行探測(ce)和光(guang)譜(pu)分(fen)析，就可以得到被測(ce)材(cai)料(liao)的元素組成及含量。

LIBS工(gong)作原理示意圖

特點(dian)：

l  微(wei)損檢測

l  測(ce)量速度快，可遠程分析

l  無需(xu)樣(yang)品預處理

l  定量(liang)分析微量(liang)元(yuan)素

金屬元素分析

      近年來，中(zhong)國有色(se)(se)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)產(chan)業(ye)的(de)(de)發(fa)展突飛猛進，已成為世界有色(se)(se)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)(de)生(sheng)產(chan)和(he)消費大(da)國，在世界再生(sheng)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)產(chan)業(ye)的(de)(de)發(fa)展中(zhong)有著舉足輕重的(de)(de)地(di)位。 由(you)于(yu)市場(chang)(chang)需(xu)求(qiu)強(qiang)勁，有色(se)(se)金(jin)(jin)屬(shu)(shu)價格飆升，市場(chang)(chang)亟須可(ke)以(yi)在現場(chang)(chang)對金(jin)(jin)屬(shu)(shu)和(he)合金(jin)(jin)進行快速識別(bie)和(he)定量(liang)分析的(de)(de)儀器，LIBS技術由(you)于(yu)其快速和(he)可(ke)定性定量(liang)分析，被廣(guang)泛(fan)用(yong)于(yu)工業(ye)生(sheng)產(chan)、回收及合金(jin)(jin)交易(yi)領(ling)域。Avantes公(gong)司新型(xing)Mini光譜儀體(ti)積僅(jin)紙(zhi)牌大小(xiao)，可以輕(qing)(qing)松集成為輕(qing)(qing)便的(de)(de)手持式LIBS光譜儀(yi)，將(jiang)精密(mi)的(de)(de)儀(yi)器分析能力帶(dai)到生產(chan)的(de)(de)第一線(xian)，快速完成對鐵(tie)基(ji)、鋁(lv)基(ji)、銅基(ji)等金屬合(he)金材料的(de)(de)牌(pai)號(hao)鑒別(bie)及合(he)金元(yuan)素成分的(de)(de)定量(liang)測量(liang)，幫助用戶輕(qing)(qing)松完成樣件的(de)(de)識別(bie)和(he)分類，為客戶帶(dai)來巨大的(de)(de)經濟效益。

手持式LIBS系統原理圖        普鋁試樣在不同1Q延時下的LIBS測試光譜圖

圖片來源：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(zai)線(xian)煤(mei)質監測(ce)系(xi)統，使用先(xian)進的(de)激(ji)光誘導穿透光譜分析方法，能(neng)夠在(zai)短時(shi)間(jian)內檢測(ce)出煤(mei)炭的(de)特性(xing)參(can)數，并將結(jie)果(guo)直接反饋到(dao)運(yun)行控制中心，為控制系(xi)統實時(shi)提供相關參(can)數。對(dui)提高能(neng)源利用效(xiao)率，確保(bao)火力(li)發電(dian)廠生(sheng)產的(de)經濟(ji)性(xing)、安全(quan)性(xing)具(ju)有(you)十分重要的(de)意義。除了測(ce)量(liang)速度快、多元素同時(shi)分析等(deng)優(you)勢，激(ji)光誘導擊(ji)穿光譜（LIBS）還具(ju)有(you)安全(quan)*輻射、成本低(di)等(deng)優(you)點，是目前先(xian)進的(de)煤(mei)質在(zai)線(xian)監測(ce)技(ji)術(shu)。

系(xi)統搭(da)建(jian)圖                                                                           典型煤樣平均光譜

圖片來源： 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.

巖石(shi)分析

巖石的巖性識別和元素含量分析對于能源開采、地球成因及演化發展和地質研究至關重要。傳統手段需要依靠工作人員的肉眼分析來判斷巖石顏色、顆粒大小、硬度等進一步確認巖石巖性，但是無法明確具體含量而且具有主觀性。實驗室內多數采用X射線熒光光譜法（XRF）、質譜法、化學分析法等，但是這些方法無法實現在線分析，并且實驗室樣品多數需要制備樣品，而且分析時間長，因此不適合長期野外分析。通過LIBS技術手段可以實現在線實時快速測量而且可以多元素同時定性、定量測量。下面的元素圖譜展示了巖石的元素分布狀況，利用巖石的不均勻性特征可以對巖石進行分類。

利用光譜均值分類結果

（ａ） — 測試集為片麻巖１和鉀長花崗巖石的分類結果 ； （ｂ） — 測試集為片麻巖２和斜長花崗巖的分類結果 ；（ｃ）一測試集為片麻巖１和斜長花崗巖的分類結果

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

工業(ye)分(fen)揀

由于LIBS技(ji)術(shu)可(ke)(ke)(ke)以(yi)遠距離(li)(li)探(tan)測(ce)（15cm或更遠），而(er)且測(ce)量速度快(kuai)（每秒幾千(qian)幅光譜），所(suo)以(yi)LIBS 技(ji)術(shu)也可(ke)(ke)(ke)以(yi)用(yong)(yong)于工業在(zai)線分揀。比如：使(shi)用(yong)(yong) LIBS 系統的(de)快(kuai)速材(cai)料識別能力(li)可(ke)(ke)(ke)以(yi)更容易地(di)(di)分離(li)(li)塑料和金屬；在(zai)鋁回收(shou)過程中(zhong)，LIBS 可(ke)(ke)(ke)以(yi)更快(kuai)更準確地(di)(di)對廢(fei)金屬進(jin)行分類；可(ke)(ke)(ke)以(yi)在(zai)采礦業中(zhong)用(yong)(yong)于選(xuan)礦；在(zai)回收(shou)領域中(zhong)用(yong)(yong)于電(dian)子產品廢(fei)料分選(xuan)；等等。

土壤(rang)分析

   近年來環境問題逐步成為了人們關注的焦點，其中土壤重金屬（Cr，Cd, As, Se, Hg, Ni, Pb）污染一直影響著人們的健康生活，研究人員也一直意識到土壤污染的重要性。但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)樣品預處理程序復雜,分析成本較高,而且不能滿足現場快速分析的要求。而LIBS技術只需進行簡單的樣品制備或無需制備，而且僅需測量樣品表面一個很小的取樣點即可得到多種元素的成分分析結果，所以LIBS技術不僅可以減少分析時間和成本，而且它能夠進行小規模的本地化調查。

土壤在424nm-430nm波段的LIBS光譜圖

圖片來源：何秀文,陳添兵,姚明印,周華茂,胡慧琴,王彩虹,劉木華. 激光誘導擊穿光譜技術/多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(pin)及(ji)糧食安全

隨(sui)著人們(men)生活質量(liang)(liang)不(bu)斷提(ti)高，食(shi)品(pin)攝入越來越多(duo)樣化，無論是(shi)常量(liang)(liang)元素，還是(shi)微量(liang)(liang)元素亦或(huo)(huo)是(shi)重(zhong)金屬元素過(guo)多(duo)的(de)攝入都會影響人類的(de)身體(ti)健康，更有一些不(bu)良(liang)商家(jia)為了提(ti)升口感在食(shi)品(pin)生產加工過(guo)程中使用一些禁(jin)用的(de)添(tian)加劑(ji)或(huo)(huo)超量(liang)(liang)使用添(tian)加劑(ji),使食(shi)品(pin)存在安全隱患，最(zui)終導(dao)致人們(men)身體(ti)健康受到威(wei)脅(xie)。因(yin)此對于食(shi)品(pin)的(de)元素含量(liang)(liang)快速檢測變得十(shi)分重(zhong)要。

糧(liang)食(shi)安全也是(shi)我們需(xu)要重(zhong)視的(de)領域(yu)，對糧(liang)食(shi)作物及種子(zi)中重(zhong)金屬的(de)檢測(ce)也是(shi)勢在(zai)必行。LIBS技術具有無需(xu)或少量樣品(pin)預處理、無環境污染、 檢測速(su)度快(kuai)、可以進行多元(yuan)素同時檢測的優勢，在(zai)食品(pin)分析領域如奶粉、水(shui)果、食用(yong)油(you)、肉(rou)類、水(shui)產等(deng)方面(mian)(mian)和糧食作物及(ji)種(zhong)子檢測方面(mian)(mian)均(jun)有應用(yong)。

84個豬肉樣品LIBS原始平均光譜圖

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

產品型號推薦：

l  AvaSpec-Mini MKⅡ系列

l  AvaSpec-ULS2048/4096CL-EVO

l  AvaSpec系(xi)列多通道光譜儀

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