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物體的表面產(chǎn)生等離子體，發(fā)射出具有特定波長的光輻射。用高靈敏度的光譜儀對這些光輻射進(jìn)行探測和光譜分析，就可以得到被測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

l  測量速度快，可遠(yuǎn)程分析

l  無需樣品預(yù)處理

l  定量分析微量元素

金屬元素分析

      近年來，中國有色金屬產(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，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。 由于市場需求強(qiáng)勁，有色金屬價(jià)格飆升，市場亟須可以在現(xiàn)場對金屬和合金進(jìn)行快速識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，快速完成對鐵基、鋁基、銅基等金屬合金材料的牌號鑒別及合金元素成分的定量測量，幫助用戶輕松完成樣件的識別和分類，為客戶帶來巨大的經(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(dǎo)擊穿光譜測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

LIBS在線煤質(zhì)監(jiān)測系統(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。除了測量速度快、多元素同時(shí)分析等優(yōu)勢，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)測技術(shù)。

系統(tǒng)搭建圖                                                                           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(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，因此不適合長期野外分析。通過LIBS技術(shù)手段可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)快速測量而且可以多元素同時(shí)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(jìn)行分類。

利用光譜均值分類結(jié)果

（ａ） — 測試集為片麻巖１和鉀長花崗巖石的分類結(jié)果 ； （ｂ） — 測試集為片麻巖２和斜長花崗巖的分類結(jié)果 ；（ｃ）一測試集為片麻巖１和斜長花崗巖的分類結(jié)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(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（15cm或更遠(yuǎn)），而且測量速度快（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)的快速材料識別能力可以更容易地分離塑料和金屬；在鋁回收過程中，LIBS 可以更快更準(zhǔn)確地對廢金屬進(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

   近年來環(huán)境問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到土壤污染的重要性。但傳統(tǒng)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(yù)處理程序復(fù)雜,分析成本較高,而且不能滿足現(xiàn)場快速分析的要求。而LIBS技術(shù)只需進(jìn)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(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，食品攝入越來越多樣化，無論是常量元素，還是微量元素亦或是重金屬元素過多的攝入都會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。因此對于食品的元素含量快速檢測變得十分重要。

糧食安全也是我們需要重視的領(lǐng)域，對糧食作物及種子中重金屬的檢測也是勢在必行。LIBS技術(shù)具有無需或少量樣品預(yù)處理、無環(huán)境污染、 檢測速度快、可以進(jìn)行多元素同時(shí)檢測的優(yōu)勢，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

圖片來源：陳添兵, 劉木華, 黃林,等. 不同光譜預(yù)處理對激光誘導(dǎo)擊穿光譜檢測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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