LIBS發(fā)展歷史：從實(shí)驗(yàn)室到設(shè)備集成

LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）是將一束高能脈沖激光聚焦在樣品表面，當(dāng)激光輻照度超過樣品的擊穿閾值時(shí)，少量材料將被燒蝕和激發(fā)以產(chǎn)生等離子體，處于激發(fā)態(tài)的原子和離子從高能態(tài)遷移回低能態(tài)，并發(fā)出具有特定波長的特征光輻射，用靈敏的光譜儀對等離子體發(fā)射光譜中的譜峰位置、峰強(qiáng)等信息進(jìn)行分析，識別樣品中的元素的種類和相應(yīng)的含量，可以進(jìn)行材料的識別、分類、定性以及定量分析。

LIBS是一種用于多元素定性和定量分析的原子發(fā)射光譜，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單、快速的多元素同時(shí)檢測技術(shù)，被譽(yù)為“未來化學(xué)分析之星”，因?yàn)樗�不需要樣品制備，幾乎無損、快速、安全的多元素分析，特別適用于碳、鋰、硅等輕質(zhì)元素的檢測。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜示意圖


 

能級躍遷示意圖

LIBS的發(fā)展歷史

一、20世紀(jì)60年代

1960年，第一臺紅寶石激光器的發(fā)明為原子光譜分析注入新鮮血液，自此，類似于火花源的激光光束聚焦擊穿現(xiàn)象即見諸文獻(xiàn)報(bào)道。

1962年，Jarrell-Ash的Brech發(fā)表第一篇關(guān)于用激光產(chǎn)生等離子體進(jìn)行分析的文章，標(biāo)志著激光燒蝕分析技術(shù)的誕生。

1964年，得益于激光器Q開關(guān)脈沖技術(shù)，使得激光燒蝕無需通過輔助電極放電，直接通過激光產(chǎn)生等離子體進(jìn)行分析，成為今天LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy）的雛形。

二、20世紀(jì)80年代

20世紀(jì)80年代，美國國家實(shí)驗(yàn)室利用激光誘導(dǎo)等離子體的光譜信息實(shí)現(xiàn)了對于物質(zhì)元素信息的測量，從而將該技術(shù)正式命名為LIBS 。

三、21世紀(jì)

21世紀(jì)，美國NASA采用LIBS技術(shù)作為火星車表面礦物分析手段――ChemCam，分析樣品的礦物和化學(xué)成分，以確定火星上是否有水，是否有或曾經(jīng)有適合生命存在的環(huán)境，并出色地完成了科考任務(wù)。因而，LIBS技術(shù)的應(yīng)用也相應(yīng)地成為了一大研究熱門，引起國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛關(guān)注。
 

LIBS的優(yōu)勢

LIBS最大優(yōu)勢在于極低的檢測限，在大多數(shù)常規(guī)應(yīng)用中，對于絕大多數(shù)元素，LIBS檢出限可以做到10 ppm到100 ppm。在定量分析中，通過LIBS獲得的測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差可以達(dá)到3-5%以內(nèi)，而對于均質(zhì)材料通�？梢缘�2%以內(nèi)甚至低于1%。

LIBS的典型應(yīng)用

元素測試

礦石品質(zhì)在線分析

冶金行業(yè)在線成分分析

煤質(zhì)分析

土壤重金屬分析

氣溶膠檢測
 

LIBS系統(tǒng)組成設(shè)備

對于目前的大部分應(yīng)用而言，LIBS的使用更多在現(xiàn)場環(huán)境，對于使用者而言，LIBS設(shè)備的集成性要求是十分苛刻的，隨著測試環(huán)境的變化，設(shè)備的移動和隨之而來的穩(wěn)定性要求，也是極高的。因此，LIBS設(shè)備的集成，是目前最大的困難。譜鐳光電提供以下LIBS主要部件適用于設(shè)備的集成。

1．多通道高分辨率光譜儀

海洋光學(xué)Ocean Insight多通道光譜儀MX2500+，憑借其高效的外部同步時(shí)鐘，完美的協(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。

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，最多可配置8個通道，分辨率0.1nm，觸發(fā)延遲±450μs，觸發(fā)抖動±10ns，系統(tǒng)自帶的高效時(shí)鐘可以完美的同步所有通道，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確觸發(fā)兩臺外部設(shè)備（如激光器或微波增強(qiáng)設(shè)備）。

2．超緊湊納秒激光器

奧地利公司 Montfort 致力于制造和研發(fā)超微型、緊湊脈沖激光器，包括ns、ps、fs激光器，單脈沖能量最高可達(dá)100mJ。

 Montfort 產(chǎn)品主要特點(diǎn)：

1、超級小巧、緊湊（納秒激光器50mJ輸出，重量可以小于2kg）；

2、適合野外現(xiàn)場工作，可以實(shí)現(xiàn)24V電壓工作；

3、20年半導(dǎo)體泵浦固體激光器的生成經(jīng)驗(yàn)（由High Q創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)組成）；

4、優(yōu)異的光束質(zhì)量。

參數(shù)	M-NANO-Nd:YAG	M-NANO-Nd:YAG-532	M-NANO-Nd:YAG-PIV
脈寬	10 ns (+/-5ns)	6 ns (+/-3ns)	6 ns (+/-3ns)
波長	1064 nm	532 nm	532nm
工作頻率	up to 100 Hz	up to 100 Hz	15Hz
光束質(zhì)量 M2	<3	<3	<3
尺寸(包含控制器）	139 x 132 x 64 mm3	260 x 140 x 64.5mm3	260 x 178 x 64.5mm3
重量(包含控制器）	>2kg	4kg	4kg
工作壽命：	十億次激光發(fā)射	十億次激光發(fā)射	十億次激光發(fā)射
脈沖延遲可調(diào)	-1.5µs 至 4µs (激光脈沖與觸發(fā)信號之間)	-1.5µs 至 4µs (激光脈沖與觸發(fā)信號之間)	0 ms至-300 ms(雙脈沖間隔)

 

杭州譜鐳光電技術(shù)有限公司代理Montfort和海洋光學(xué)Ocean Insight的全線產(chǎn)品，公司目前有海洋光學(xué)的光譜儀可以為您提供試用！