J200 LIBS系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量過(guò)程中的重復(fù)性

前言
 
LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）是一種化學(xué)元素分析技術(shù)，是基于短脈沖激光聚焦樣品表面產(chǎn)生等離子體的光學(xué)檢測(cè)，其應(yīng)用歷史悠久，始于上個(gè)世紀(jì)60年代。
過(guò)去的十年中LIBS儀器在可靠性和重復(fù)性等方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。LIBS技術(shù)已在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，包括冶金，節(jié)能材料、薄膜、土壤、法醫(yī)學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境等領(lǐng)域的樣品分析。2012年LIBS系統(tǒng)被美國(guó)宇航局放置到好奇號(hào)火星車(chē)上，成為Chemcam傳感器的一部分，這標(biāo)志著LIBS技術(shù)里程碑式的成就。此后，LIBS系統(tǒng)不斷將有價(jià)值的土壤和巖石元素組成信息發(fā)送回地球。LIBS 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括分析快度（秒級(jí)），固體樣品直接分析，幾乎覆蓋所有元素，包括輕元素和非金屬元素如 H，C，N，Li，o 和鹵素等。這些元素通常用其他技術(shù)較難分析。因此，LIBS 是許多工業(yè)測(cè)量應(yīng)用的理想選擇，包括生產(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制（QC）。質(zhì)量控制需要可靠的儀器，產(chǎn)生可重復(fù)的日常測(cè)量結(jié)果。J200 LIBS是美國(guó)ASI公司的第三代LIBS系統(tǒng)，提供了無(wú)與倫比的長(zhǎng)期重復(fù)性。本研究中，對(duì)NIST SRM Zn標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)分析。采用多變量分析法和質(zhì)量控制圖表軟件，對(duì)定量分析結(jié)果進(jìn)行監(jiān)控，以證明J200LIBS系統(tǒng)良好的可重復(fù)性。
 
 
實(shí)驗(yàn)方法
 

采用ASI公司的J200 LIBS 系統(tǒng)：
266 nm Nd:YAG激光 (ns) CCD 檢測(cè)器(EC型號(hào)) Axiom 操作軟件
FlexTM 樣品室輸入氦氣或氬氣 
樣品: NIST SRM 625 - 630 Zn合金
數(shù)據(jù)分析采用J200 LIBS系統(tǒng)自帶的數(shù)據(jù)分析 _{J200 LA-LIBS系統(tǒng)}軟件


分析結(jié)果
 
J200 LIBS 系統(tǒng)提供的光譜范圍從 190–1040 nm，可以測(cè)量 NIST 樣品中的每種元素。研究的第一天，分析 NIST SRM 625-630（鋅合金）以創(chuàng)建銅和鋁的校準(zhǔn)曲線。NIST SRM 630 作為質(zhì)控樣品（參考樣品）在 23 個(gè)工作日（1 個(gè)多月日歷日）中每天都被分析。
下圖是 NIST SRM 630 鋅合金的 LIBS 光譜，顯示其主要元素組成。
 
 
 
對(duì)于定量分析，用戶可以選擇單變量分析，對(duì)個(gè)別發(fā)射譜線做傳統(tǒng)峰值積分。另外，用戶還可以基于 LIBS 光譜化學(xué)計(jì)量學(xué)，進(jìn)行多變量分析，如下圖所示，為鋁和銅的多變量校準(zhǔn)曲線。校正模型的質(zhì)量由R2值和均方根誤差（RMSECV）來(lái)決定。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品的Cu和Al校準(zhǔn)曲線精度范圍從2.5–4.3% RSD。

 
質(zhì)量控制檢查（每日QC檢查）是通過(guò)分析對(duì)比NIST SRM 630樣本和預(yù)先制定的校準(zhǔn)曲線來(lái)進(jìn)行的。第一天創(chuàng)建的校準(zhǔn)曲線用來(lái)計(jì)算“每日QC檢查”的濃度，并通過(guò)質(zhì)量控制軟件跟蹤這23天的結(jié)果。下圖中的紅線代表NIST 630標(biāo)樣中Cu（0.976%）和Al（4.30%）的參考值。