LIBS技術(shù)的廣泛應(yīng)用

LIBS技術(shù)的廣泛應(yīng)用

LIBS工作原理

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）是一種原子發(fā)射光譜，它使用脈沖激光器作為激發(fā)源，激光脈沖聚焦到被測(cè)物體的表面產(chǎn)生等離子體，發(fā)射出具有特定波長(zhǎng)的光輻射。用高靈敏度的光譜儀對(duì)這些光輻射進(jìn)行探測(cè)和光譜分析，就可以得到被測(cè)材料的元素組成及含量。

LIBS工作原理示意圖

特點(diǎn)：

l  微損檢測(cè)

l  測(cè)量速度快，可遠(yuǎn)程分析

l  無(wú)需樣品預(yù)處理

l  定量分析微量元素

金屬元素分析

      近年來(lái)，中國(guó)有色金屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，已成為世界有色金屬的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，在世界再生金屬產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中有著舉足輕重的地位。 由于市場(chǎng)需求強(qiáng)勁，有色金屬價(jià)格飆升，市場(chǎng)亟須可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)金屬和合金進(jìn)行快速識(shí)別和定量分析的儀器，LIBS技術(shù)由于其快速和可定性定量分析，被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)、回收及合金交易領(lǐng)域。Avantes公司新型Mini光譜儀體積僅紙牌大小，可以輕松集成為輕便的手持式LIBS光譜儀，將精密的儀器分析能力帶到生產(chǎn)的第一線，快速完成對(duì)鐵基、鋁基、銅基等金屬合金材料的牌號(hào)鑒別及合金元素成分的定量測(cè)量，幫助用戶輕松完成樣件的識(shí)別和分類，為客戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

手持式LIBS系統(tǒng)原理圖        普鋁試樣在不同1Q延時(shí)下的LIBS測(cè)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(dǎo)擊穿光譜測(cè)試條件及定量分析研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2019, 39(4):7.

煤炭在線檢測(cè)

LIBS在線煤質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用先進(jìn)的激光誘導(dǎo)穿透光譜分析方法，能夠在短時(shí)間內(nèi)檢測(cè)出煤炭的特性參數(shù)，并將結(jié)果直接反饋到運(yùn)行控制中心，為控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)提供相關(guān)參數(shù)。對(duì)提高能源利用效率，確保火力發(fā)電廠生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、安全性具有十分重要的意義。除了測(cè)量速度快、多元素同時(shí)分析等優(yōu)勢(shì)，激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）還具有安全*輻射、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是目前先進(jìn)的煤質(zhì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。

系統(tǒng)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.

巖石分析

巖石的巖性識(shí)別和元素含量分析對(duì)于能源開(kāi)采、地球成因及演化發(fā)展和地質(zhì)研究至關(guān)重要。傳統(tǒng)手段需要依靠工作人員的肉眼分析來(lái)判斷巖石顏色、顆粒大小、硬度等進(jìn)一步確認(rèn)巖石巖性，但是無(wú)法明確具體含量而且具有主觀性。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)多數(shù)采用X射線熒光光譜法（XRF）、質(zhì)譜法、化學(xué)分析法等，但是這些方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線分析，并且實(shí)驗(yàn)室樣品多數(shù)需要制備樣品，而且分析時(shí)間長(zhǎng)，因此不適合長(zhǎng)期野外分析。通過(guò)LIBS技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)快速測(cè)量而且可以多元素同時(shí)定性、定量測(cè)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(duì)巖石進(jìn)行分類。

利用光譜均值分類結(jié)果

（ａ） — 測(cè)試集為片麻巖１和鉀長(zhǎng)花崗巖石的分類結(jié)果 ； （ｂ） — 測(cè)試集為片麻巖２和斜長(zhǎng)花崗巖的分類結(jié)果 ；（ｃ）一測(cè)試集為片麻巖１和斜長(zhǎng)花崗巖的分類結(jié)果

圖片來(lái)源：張蕊, 孫蘭香, 陳彤, 王國(guó)棟, 張鵬, & 汪為. (2020). 基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的巖石表面指紋圖譜分析及分類方法. 地質(zhì)學(xué)報(bào), 94(3), 8.

工業(yè)分揀

由于LIBS技術(shù)可以遠(yuǎn)距離探測(cè)（15cm或更遠(yuǎn)），而且測(cè)量速度快（每秒幾千幅光譜），所以LIBS 技術(shù)也可以用于工業(yè)在線分揀。比如：使用 LIBS 系統(tǒng)的快速材料識(shí)別能力可以更容易地分離塑料和金屬；在鋁回收過(guò)程中，LIBS 可以更快更準(zhǔn)確地對(duì)廢金屬進(jìn)行分類；可以在采礦業(yè)中用于選礦；在回收領(lǐng)域中用于電子產(chǎn)品廢料分選；等等。

土壤分析

   近年來(lái)環(huán)境問(wèn)題逐步成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，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(shí)到土壤污染的重要性。但傳統(tǒng)重金屬檢測(cè)方法(如原子吸收光譜法、X射線熒光分析法等)樣品預(yù)處理程序復(fù)雜,分析成本較高,而且不能滿足現(xiàn)場(chǎng)快速分析的要求。而LIBS技術(shù)只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的樣品制備或無(wú)需制備，而且僅需測(cè)量樣品表面一個(gè)很小的取樣點(diǎn)即可得到多種元素的成分分析結(jié)果，所以LIBS技術(shù)不僅可以減少分析時(shí)間和成本，而且它能夠進(jìn)行小規(guī)模的本地化調(diào)查。

土壤在424nm-430nm波段的LIBS光譜圖

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

食品及糧食安全

隨著人們生活質(zhì)量不斷提高，食品攝入越來(lái)越多樣化，無(wú)論是常量元素，還是微量元素亦或是重金屬元素過(guò)多的攝入都會(huì)影響人類的身體健康，更有一些不良商家為了提升口感在食品生產(chǎn)加工過(guò)程中使用一些禁用的添加劑或超量使用添加劑,使食品存在安全隱患，最終導(dǎo)致人們身體健康受到威脅。因此對(duì)于食品的元素含量快速檢測(cè)變得十分重要。

糧食安全也是我們需要重視的領(lǐng)域，對(duì)糧食作物及種子中重金屬的檢測(cè)也是勢(shì)在必行。LIBS技術(shù)具有無(wú)需或少量樣品預(yù)處理、無(wú)環(huán)境污染、 檢測(cè)速度快、可以進(jìn)行多元素同時(shí)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在食品分析領(lǐng)域如奶粉、水果、食用油、肉類、水產(chǎn)等方面和糧食作物及種子檢測(cè)方面均有應(yīng)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(yù)處理對(duì)激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測(cè)豬肉中鉛含量的影響[J]. 分析化學(xué), 2016, 44(007):1029-1034.

產(chǎn)品型號(hào)推薦：

l  AvaSpec-Mini MKⅡ系列

l  AvaSpec-ULS2048/4096CL-EVO

l  AvaSpec系列多通道光譜儀

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