什么是激光诱导击穿光谱技术(LIBS)?

激光诱导击穿光谱技术又称为 LIBS ,它是一项多年来广泛应用于实验室内的分析技术。大部分手持式 LIBS 光谱仪主要用于废品处理厂以快速分拣合金,以及金属行业内的各种应用条件下用于合金识别及分析。

 

LIBS的工作原理是什么? 

在 LIBS 分析过程中,会使用聚焦脉冲激光激发样品,从其表面上取下很小量的材料。通常在1秒的测量期间,样品会受到上千次脉冲激发。材料会被加热到 10,000 摄氏度乃至更高的温度。高温会使得样品原子化并形成等离子。

尽管温度如此之高,但样品在分析期间表面温度不会变热,测量时仍然可以安全地拿在手中。


在原子内会发生什么? 

在高能脉冲激光激发样品时,外层原子外壳层内的电子会被激发。由于外壳层内的电子处于内壳层电子的遮蔽之下,所以受原子核的吸引力不强。

这也就是说,激发外壳层电子所需的能量较少。

被激发的电子会形成电子空位,使得原子变得不稳定。在脉冲停止后,等离子会开始冷却,外电子壳层上的电子会逐级填补空位。电子在两个能量级或壳层之间移动时所释放的大量能量会根据元素不同以光的形式发射出来。

对于含铁、锰、铬、镍、钒等元素的普通金属样品来说,各种元素都会发射出不同的波长,从而形成包含上千波峰的光谱。

光的波长会通过仪器的光缆进行收集,然后通过分光仪进行处理。

其中各个元素都对应一个具体的光谱峰。LIBS 光谱比较复杂,对应每种元素都可能存在几百甚至几千种光谱线。

根据光谱峰的密度可以计算元素的浓度。然后,可以通过高级算法确认样品的类型,进而计算其浓度。


为什么选用手持式 LIBS 技术?

LIBS 技术是当今识别及分析合金速度快速的技术。

其仅需一秒钟即可测量几乎所有类型的合金,其中包括铝合金。这一速度要比手持式 XRF 快 20 倍。

LIBS 光谱仪的检测器一般采用蓝宝石玻璃予以保护,蓝宝石玻璃是当今已知十分为坚硬的材料之一,因此可以保证 LIBS 光谱仪高度坚固耐用。如此一来,您就可以放心测量各种尖锐物体,例如切屑及刨屑等。

同时,其还具有简单易用的优点。您仅需瞄准、发射然后从屏幕上读取结果即可。

LIBS 技术基本上是非破坏性的。在 LIBS 分析结束后,其所留下的烧灼点非常微小,裸眼基本无法察觉。

从规范和许可的角度看,其相比 XRF 等产品对用户的要求也要少得多。一般来说,不需要获得昂贵的许可证或参加耗时的培训课程。但是,仍然需要针对护目镜使用的安全相关问题查阅当地的法律法规。我公司强烈建议在操作3B类激光设备时使用安全护目镜。

LIBS 是一款非常优秀的合金识别工具,在必要情况下,其还可用于检测化学品。

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日期: 25 August 2022

作者: Mikko Jarvikivi, LIBS Product Manager

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