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什么是LIBS技术?

来源: 时间:2019-04-01 11:04:28 次数:

LIBS是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (激光诱导击穿光谱仪)的简称,该技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析,以此来识别样品中的元素组成成分,进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。

什么是LIBS?

LIBS是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (激光诱导击穿光谱仪)的简称,该技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析,以此来识别样品中的元素组成成分,进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。

LIBS有哪些用途?

自从LIBS技术问世以来,该技术就被公认为是一种前景广阔的新技术,将为分析领域带来众多的创新应用。LIBS作为一种新的材料识别及定量分析技术,既可以用于实验室,也可以应用于工业现场的在线检测。其主要特点为:

  • 快速直接分析,几乎不需要样品制备
  • 可以检测几乎所有元素
  • 可以同时分析多种元素
  • 基体形态多样性 - 可以检测几乎所有固态样品

LIBS弥补了传统元素分析方法的不足,尤其在微小区域材料分析、镀层/薄膜分析、缺陷检测、珠宝鉴定、法医证据鉴定、粉末材料分析、合金分析等应用领域优势明显,同时,LIBS还可以广泛适用于地质、煤炭、冶金、制药、环境、科研等不同领域的应用。

除了传统的实验室的应用,LIBS还是为数不多的可以做成手持便携装置的元素分析技术,更是目前为止被认为可以做在线分析的元素分析技术。这将使分析技术从实验室领域极大地拓展到户外、现场、甚至生产工艺过程中。

LIBS的基础知识

LIBS使用高峰值功率的脉冲激光照射样品,光束聚焦到一个很小的分析点(通常10-400微米直径)。在激光照射的光斑区域,样品中的材料被烧蚀剥离,并在样品上方形成纳米粒子云团。由于激光光束的峰值能量是相当高的,其吸收及多光子电离效应增加了样品上方生成的气体和气溶胶云团的不透明型,即便只是很短暂的激光脉冲激发。由于激光的能量显著地被该云团吸收,等离子体逐渐形成。高能量的等离子体使纳米粒子熔化,将其中的原子激发并且发出光。原子发出的光可以被检测器捕获并记录为光谱,通过对光谱进行分析,即可获得样品中存在何种元素的信息,通过软件算法可以对光谱进行进一步的定性分析(例如材料鉴别,PMI)和定量分析(例如,样品中某一元素的含量)。

检出限和定量分析

LIBS检出限很大程度上取决于被测样品的类型、具体哪些元素,以及仪器的激光器/光谱检测器的选型配置。基于以上原因,LIBS的检出限可以从几ppm一直到%级的范围。在大多数常规应用中,对于绝大多数元素,LIBS检出限可以做到10 ppm到100 ppm。在定量分析中,通过LIBS获得的测量结果的相对标准偏差可以达到3-5%以内,而对于均质材料通常可以到2%以内甚至<1%。

LIBS的产业化进程

LIBS概念自上世纪60年代提出以来,因各种原因,一直以来主要用于科学研究领域。随着技术的不断突破,例如稳定可靠的激光器、高分辨率光谱仪、以及分析软件技术等进展,LIBS的产业化在近十年中有了快速的发展,使其成为可以真正应用于实验室甚至工业现场的实用分析仪器。

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