SCIAPSLIBS激光誘導擊穿光譜分析儀

LIBS中文含義：激光誘導擊穿光譜(Laser Induced Breakdown Spectroscopy)，簡稱LIBS。1962年美國Brech發表的一篇LIBS論文標志LIBS的誕生，至今已經有53年的發展歷史。LIBS技術由于不需要樣品準備、無損、快速、原位、多元素分析功能，被稱為是“未來的化學分析之星”。但是，同樣由于不需要樣品準備，導致了其測量不確定度相對較高，測量誤差較大(兩大瓶頸)。LIBS站在大規模商業應用的大門之前，需要大量的機理、數據處理、應用研究；也許需要和其他設備配合;需要商業化定量測量應用實例來推動技術發展。該技術利用脈沖激光產生的等離子體燒蝕并激發樣品（通常為固體）中的物質，并通過光譜儀獲取被等離子體激發的原子所發射的光譜，以此來識別樣品中的元素組成成分，進而可以進行材料的識別、分類、定性以及定量分析。

LIBS發展歷史與現狀

　　近年來LIBSzui引人矚目的應用是，2012年美國火星探測器攜帶LIBS登上火星，2014年完成了探測任務，探測發現火星上存在水分等。在中國LIBS技術用于“地溝油”的檢測。

　　關于LIBS學術交流和組織方面，有偶數年舉行的國際LIBS會議；EMSLIBS、NASLIBS、ASLIBS等三大國際LIBS團體。隨著中國LIBS的迅速發展，2011年在青島海洋大學組織召開了*屆中國LIBS會議，當時只有40多人參會;到了2013年在廣州中南理工大學舉辦的第三屆會議，參會人數已經達到了240多人；2014年，在北京清華大學召開了國際LIBS大會，360多人參會；2015年計劃在華中科技大學舉辦亞洲LIBS會議。

　LIBS技術發展現狀

　　當前，LIBS研究主要分為等離子體形貌、時間空間演變、等離子體參數估計、激光-樣品相互作用、等離子體-環境互相作用等基礎研究；硬件結構、采樣裝置方面的儀器設備研制；定量、定性分析中數據處理方法研究；工業現場在線、離線等的應用研究。所有研究的目的主要是為了提高檢測限、提高測量準確度，以及提高測量可重復性。

　　基礎研究方面比較突出的有：(1)美國Purdue University的Hassanein教授建立了HEIGHTS模型對物質燒蝕與等離子體的形成過程進行數值模擬，并利用此模型研究了包括激光參數、環境氣體及雙脈沖激光等實驗參數對等離子體的影響；(2)法國CNRS-Aix Marseille University的J.Hermann等對等離子體的產生及膨脹過程進行建模，找出光譜信號強度、LIBS實驗參數與等離子體參數之間的關系，尤其是對非等溫等離子體的建模有利于CF-LIBS方法的準確性的提高和更廣泛的應用；(3)意大利National Research Council的R.Gaudiuso等利用在金屬樣品表面添加納米顆粒的方式，增強了光譜信號的強度；(4)日本Nuclear Science and Engineering Center的Ali Khumaeni等利用微波輔助等離子體技術用于光譜信號的增強。

LIBS分析的數據處理方法研究主要集中在數據預處理與模型校準兩方面。數據預處理包括去噪、光譜標準化等方法；模型校準多采用基于PLS的多元統計方法。而中國LIBS數據處理方法研究水平處于世界的前沿。

LIBS有哪些用途?
 自從LIBS技術問世以來，該技術就被公認為是一種前景廣闊的新技術，將為分析領域帶來眾多的創新應用。LIBS作為一種新的材料識別及定量分析技術，既可以用于實驗室，也可以應用于工業現場的在線檢測。其主要特點為：

• 快速直接分析，幾乎不需要樣品制備

• 可以檢測幾乎所有元素

• 可以同時分析多種元素

• 基體形態多樣性 - 可以檢測幾乎所有固態樣品

LIBS彌補了傳統元素分析方法的不足，尤其在微小區域材料分析、鍍層/薄膜分析、缺陷檢測、珠寶鑒定、法醫證據鑒定、粉末材料分析、合金分析等應用領域優勢明顯，同時，LIBS還可以廣泛適用于地質、煤炭、冶金、制藥、環境、科研等不同領域的應用。

除了傳統的實驗室的應用，LIBS還是為數不多的可以做成手持便攜裝置的元素分析技術，更是目前為止被認為*可以做在線分析的元素分析技術。這將使分析技術從實驗室領域極大地拓展到戶外、現場、甚至生產工藝過程中。

LIBS的基礎知識

LIBS使用高峰值功率的脈沖激光照射樣品，光束聚焦到一個很小的分析點（通常10-400微米直徑）。在激光照射的光斑區域，樣品中的材料被燒蝕剝離，并在樣品上方形成納米粒子云團。由于激光光束的峰值能量是相當高的，其吸收及多光子電離效應增加了樣品上方生成的氣體和氣溶膠云團的不透明型，即便只是很短暫的激光脈沖激發。由于激光的能量顯著地被該云團吸收，等離子體逐漸形成。高能量的等離子體使納米粒子熔化，將其中的原子激發并且發出光。原子發出的光可以被檢測器捕獲并記錄為光譜，通過對光譜進行分析，即可獲得樣品中存在何種元素的信息，通過軟件算法可以對光譜進行進一步的定性分析（例如材料鑒別，PMI）和定量分析（例如，樣品中某一元素的含量）。

檢出限和定量分析

LIBS檢出限很大程度上取決于被測樣品的類型、具體哪些元素、以及儀器的激光器/光譜檢測器的選型配置。基于以上原因，LIBS的檢出限可以從幾ppm一直到%級的范圍。在大多數常規應用中，對于絕大多數元素，LIBS檢出限可以做到10 ppm到100 ppm。在定量分析中，通過LIBS獲得的測量結果的相對標準偏差可以達到3-5%以內，而對于均質材料通常可以到2%以內甚至<1%。

 LIBS的產業化過程
LIBS概念自上世紀60年代提出以來，因各種原因，一直以來主要用于科學研究領域。隨著技術的不斷突破，例如穩定可靠的激光器、高分辨率光譜儀、以及分析軟件技術等進展，LIBS的產業化在近十年中有了快速的發展，使其成為可以真正應用于實驗室甚至工業現場的實用分析儀器。