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激光誘導擊穿光譜技術的前世今生
發(fā)布時間：2019-02-28 15:51:27 點擊：12940
激光誘導擊穿光譜并不是一種新的分析方法，其前身可以追溯到1962年第十屆國際光譜學會議上。激光誘導擊穿光譜技術(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )簡稱為LIBS，是由美國 Los Alamos 國家實驗室的 David Cremers 研究小組于1962年提出和實現(xiàn)的。自從1962年該小組成員Brech最先提出了用紅寶石微波激射器來誘導產(chǎn)生等離子體的光譜化學方法之后，激光誘導擊穿光譜技術開始被廣泛應用于多個領域，如鋼鐵成分在線分析、宇宙探索、環(huán)境和廢物的監(jiān)測、文化遺產(chǎn)鑒定、工業(yè)過程控制、醫(yī)藥檢測、地球化學分析，以及美國NASA的火星探測計劃CHEMCAM等，并且開發(fā)出了許多基于LIBS技術的小型化在線檢測系統(tǒng)。
激光誘導等離子體光譜法本質(zhì)上是一種利用原子發(fā)射光譜進行化學元素分析的方法，它與電弧和火花放電光譜的不同之處在于LIBS采用高能激光作為激發(fā)源。將高功率（1~10MW cm-2）激光聚焦于靶表面很小的區(qū)域，在激光的激發(fā)下大約10-9~10-12 g的樣品被燒蝕并產(chǎn)生高溫（10000~20000K）、高密度的等離子體。這時，樣品降解和氣化形成的原子或離子首先會產(chǎn)生一種連續(xù)輻射。由于這種輻射不包含有用的元素信息，無法用于分析。但是，等離子體接著會以超到各元素分立的特征譜線。這些特征譜線通過透鏡由光纖接收，最后進入攝譜儀或陣列開關式探測器加以分析。利用原子譜線波長和強度可以確定樣品中的元素組成和元素濃度。
LIBS的激發(fā)方法決定了它可以直接分析各種狀態(tài)的樣品，包括氣體、液體和固體。任何元素在如此高能量密度激光的照射下都會被激發(fā)，所以它可以分析所有元素。LIBS的分析波長范圍和另名都實際上只取決于其所配置的光學系統(tǒng)和檢測器。另外，從技術上講，LIBS與其他利用激光作為激發(fā)源的光譜類似，比如激發(fā)拉曼光譜、激光誘導熒光光譜等。這些光譜儀的很多硬件都是相同的，現(xiàn)在已經(jīng)嘗試將這些分析、原子光譜技術集成起來，以獲得樣品更為詳盡、更為深入的組成和結(jié)構(gòu)信息。
由于采用激光作為激發(fā)源，LIBS與火花放電發(fā)射光譜和X射線熒光光譜（XRF）相比主要有以下優(yōu)點：
快速響應特性，能夠?qū)崟r或接近實時情況下獲得所需信息。對于相對均勻的樣品，LIBS的測試時間只為XRF的1/3~1/30；
可以分析各種形態(tài)的樣品，且不需任何前處理，避免了與處理過程可能造成的污染；
導電、非導電樣品都可以測量，例如堅硬難溶的陶瓷；
多元素同時分析、局部微區(qū)分析、表面分析功能；
由于使用光纖實現(xiàn)激發(fā)光和發(fā)射光的傳遞，可通過光纖進行XRF不能實現(xiàn)的分析，如直接遠距離對核設施、嚴重污染區(qū)域等進行檢測以及對土壤次表層進行原位檢測。
激光誘導擊穿光譜的實驗裝置系統(tǒng)主要是由激光器、真空室、光譜儀和PC機組成。
因為LIBS的特點，尤其是適合現(xiàn)場分析的優(yōu)點，近年來LIBS的發(fā)展主要還是集中在便攜式分析設備開發(fā)及其在實時分析領域的應用上。
考古和礦物學：在文物修復和保藏前進行元素分析，可以同時得到文物所用材料及其可能的降解產(chǎn)物方面的信息。非接觸、快速、全元素分析、無需制樣等特點使LIBS分廠適合用于文物的現(xiàn)場分析。
環(huán)境監(jiān)測：環(huán)境監(jiān)測是便攜式LIBS應用需求最大和應用實踐最多的領域，土壤成分分析就是環(huán)境監(jiān)測的主要內(nèi)容之一。
空間科學研究：ICP、XRF等測試方法都需要電極或探針與待測樣品接觸或者需要將樣品裝進設備的樣品室，這些要求在空間科學研究中都比較難以滿足或者實現(xiàn)起來費時費力。LIBS的遙測功能使其特備適合于此類科學研究。
金屬材料檢驗：LIBS與XRF和發(fā)射光譜相比有著諸多優(yōu)點，是各種環(huán)境條件下實現(xiàn)金屬材料現(xiàn)場檢驗的重要手段，可以快速對各種混雜金屬制品提供定性、定量分析。隨著便攜式LIBS系統(tǒng)的不斷完善和分析性能的進一步一稿，它有望成為現(xiàn)場金屬材料檢驗的主流設備。
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6、總結(jié)隨著激光及相關技術的進步，LIBS必將成為現(xiàn)場分析領域的常規(guī)設備。
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