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LIBS技术的广泛应用
时间:2022-08-30      阅读:301

LIBS技术的广泛应用


LIBS工作原理

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种原子发射光谱,它使用脉冲激光器作为激发源,激光脉冲聚焦到被测物体的表面产生等离子体,发射出具有特定波长的光辐射。用高灵敏度的光谱仪对这些光辐射进行探测和光谱分析,就可以得到被测材料的元素组成及含量。

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LIBS工作原理示意图

特点:

l  微损检测

l  测量速度快,可远程分析

l  无需样品预处理

l  定量分析微量元素

 

 

金属元素分析

      近年来,中国有色金属产业的发展突飞猛进,已成为世界有色金属的生产和消费大国,在世界再生金属产业的发展中有着举足轻重的地位。 由于市场需求强劲,有色金属价格飙升,市场亟须可以在现场对金属和合金进行快速识别和定量分析的仪器,LIBS技术由于其快速和可定性定量分析,被广泛用于工业生产、回收及合金交易领域。Avantes公司新型Mini光谱仪体积仅纸牌小,可以轻松集成为轻便的手持式LIBS光谱仪,将精密的仪器分析能力带到生产的第一线,快速完成对铁基、铝基、铜基等金属合金材料的牌号鉴别及合金元素成分的定量测量,帮助用户轻松完成样件的识别和分类,为客户带来巨大的经济效益。


 

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手持式LIBS系统原理图        普铝试样在不同1Q延时下的LIBS测试光谱图


 

图片来源:路辉, 胡晓军, 曹斌, et al. 普铝中Fe, Si元素的激光诱导击穿光谱测试条件及定量分析研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2019, 39(4):7.

 

 

煤炭在线检测

LIBS在线煤质监测系统,使用先进的激光诱导穿透光谱分析方法,能够在短时间内检测出煤炭的特性参数,并将结果直接反馈到运行控制中心,为控制系统实时提供相关参数。对提高能源利用效率,确保火力发电厂生产的经济性、安全性具有十分重要的意义。除了测量速度快、多元素同时分析等优势,激光诱导击穿光谱(LIBS)还具有安全*辐射、成本低等优点,是目前先进的煤质在线监测技术。

 

 

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系统搭建图                                                                           典型煤样平均光谱


 

图片来源: 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.

 



岩石分析

岩石的岩性识别和元素含量分析对于能源开采、地球成因及演化发展和地质研究至关重要。传统手段需要依靠工作人员的肉眼分析来判断岩石颜色、颗粒大小、硬度等进一步确认岩石岩性,但是无法明确具体含量而且具有主观性。实验室内多数采用X射线荧光光谱法(XRF)、质谱法、化学分析法等,但是这些方法无法实现在线分析,并且实验室样品多数需要制备样品,而且分析时间长,因此不适合长期野外分析。通过LIBS技术手段可以实现在线实时快速测量而且可以多元素同时定性、定量测量。下面的元素图谱展示了岩石的元素分布状况,利用岩石的不均匀性特征可以对岩石进行分类。

 

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利用光谱均值分类结果

(a)测试集为片麻岩1和钾长花岗岩石的分类结果 ; (b)测试集为片麻岩2和斜长花岗岩的分类结果 ;(c)一测试集为片麻岩1和斜长花岗岩的分类结果

图片来源:张蕊, 孙兰香, 陈彤, 王国栋, 张鹏, & 汪为. (2020). 基于激光诱导击穿光谱技术的岩石表面指纹图谱分析及分类方法. 地质学报, 94(3), 8.


 

工业分拣

由于LIBS技术可以远距离探测(15cm或更远),而且测量速度快(每秒几千幅光谱),所以LIBS 技术也可以用于工业在线分拣。比如:使用 LIBS 系统的快速材料识别能力可以更容易地分离塑料和金属;在铝回收过程中,LIBS 可以更快更准确地对废金属进行分类;可以在采矿业中用于选矿;在回收领域中用于电子产品废料分选;等等。

 

 

土壤分析

   近年来环境问题逐步成为了人们关注的焦点,其中土壤重金属(CrCd, As, Se, Hg, Ni, Pb)污染一直影响着人们的健康生活,研究人员也一直意识到土壤污染的重要性。但传统重金属检测方法(如原子吸收光谱法、X射线荧光分析法等)样品预处理程序复杂,分析成本较高,而且不能满足现场快速分析的要求。而LIBS技术只需进行简单的样品制备或无需制备,而且仅需测量样品表面一个很小的取样点即可得到多种元素的成分分析结果,所以LIBS技术不仅可以减少分析时间和成本,而且它能够进行小规模的本地化调查。


 

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土壤在424nm-430nm波段的LIBS光谱图

图片来源:何秀文,陈添兵,姚明印,周华茂,胡慧琴,王彩虹,刘木华. 激光诱导击穿光谱技术/多元二次非线性回归分析土壤中的铬元素[J]. 分析化学, 2016, 44(1):6.

 

 

 

食品及粮食安全

随着人们生活质量不断提高,食品摄入越来越多样化,无论是常量元素,还是微量元素亦或是重金属元素过多的摄入都会影响人类的身体健康,更有一些不良商家为了提升口感在食品生产加工过程中使用一些禁用的添加剂或超量使用添加剂,使食品存在安全隐患,最终导致人们身体健康受到威胁。因此对于食品的元素含量快速检测变得十分重要。

粮食安全也是我们需要重视的领域,对粮食作物及种子中重金属的检测也是势在必行。LIBS技术具有无需或少量样品预处理、无环境污染、 检测速度快、可以进行多元素同时检测的优势,在食品分析领域如奶粉、水果、食用油、肉类、水产等方面和粮食作物及种子检测方面均有应用。


 

 

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84个猪肉样品LIBS原始平均光谱图


图片来源:陈添兵, 刘木华, 黄林,. 不同光谱预处理对激光诱导击穿光谱检测猪肉中铅含量的影响[J]. 分析化学, 2016, 44(007):1029-1034.

 

 

产品型号推荐:

l  AvaSpec-Mini MKⅡ系列

l  AvaSpec-ULS2048/4096CL-EVO

l  AvaSpec系列多通道光谱仪

 

 

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