激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)及應(yīng)用

1、天津陸海萬國自動(dòng)化系統(tǒng)科技發(fā)展有限公司 2015年12月16日CONTENTS 什么是什么是LIPS/LIBS？ Laser-induced plasma spectroscopy 簡稱簡稱LIPS,激光誘導(dǎo)等離子體光譜激光誘導(dǎo)等離子體光譜 Laser-induced breakdown spectroscopy 簡稱簡稱LIBS,激光誘導(dǎo)擊穿光譜激光誘導(dǎo)擊穿光譜激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的原理 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)基于原子光譜和離子光譜的波長與特定的元素具有一一對應(yīng)的關(guān)系，而且光譜信號(hào)強(qiáng)度與對應(yīng)元素的含量也具有一定的量化關(guān)系。 激光經(jīng)透鏡聚焦在樣品表面，當(dāng)激光脈沖的能量密度大于擊穿門檻能量時(shí)，就會(huì)在

2、局部產(chǎn)生等離子體，稱作激光誘導(dǎo)等離子體。激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的原理 等離子體隨著向外界環(huán)境膨脹過程而逐漸冷卻，并發(fā)射表征樣品組分信息的光譜。 利用光電探測器和光譜儀對等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行采集。 通過解析等離子體光譜，并結(jié)合定量分析模型，可以得到分析樣品組分的類別和含量信息。美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室于2009年發(fā)射的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Mars Science Laboratory簡稱MSL），搭載LIPS儀器ChemCam，用于火星巖石成分的快速實(shí)時(shí)分析。近年來，隨著高功率脈沖激光光源、分光系統(tǒng)、探測器件、高時(shí)間分辨測量技術(shù)、以及光譜數(shù)據(jù)處理軟件的迅速發(fā)展，LIPS分析機(jī)理研究不斷深入，應(yīng)用的領(lǐng)域逐

3、漸增多。 國內(nèi)LIPS技術(shù)相對起步較晚，目前雖有一些高校及科研單位從事LIPS技術(shù)的研究，但大部分仍偏向于理論及方法的探索，如對激光等離子體的產(chǎn)生機(jī)理，以及激光脈沖寬度，脈沖能量，環(huán)境氣體成分，壓強(qiáng)大小，延遲時(shí)間等試驗(yàn)條件對等離子體的影響等方面進(jìn)行了一定研究，研究目的多為對基礎(chǔ)理論的探討與改進(jìn)。作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)沒有相應(yīng)的自主研發(fā)及集成的技術(shù)企業(yè)，相關(guān)產(chǎn)品均來自國外。 L LIPSIPS激光元素分析特點(diǎn)及應(yīng)用激光元素分析特點(diǎn)及應(yīng)用LIPS方法與其他元素分析技術(shù)比較方法與其他元素分析技術(shù)比較 便攜化 專用化 核心零部件研制和創(chuàng)新 分析方法的創(chuàng)新 技術(shù)聯(lián)用 遙測遙控 1、技術(shù)優(yōu)勢：國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先

4、 2、價(jià)格優(yōu)勢：高性能價(jià)格比 3、研究深入：定量精確分析有突破突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng) LIBS激光元素分析儀 +ATV全地形越野車車載LIPS激光元素分析儀目前工作重點(diǎn)：土壤重金屬監(jiān)測突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)，利用激光作為激發(fā)源，搭建元素光譜測量系統(tǒng)，可以對固體、液體、氣體中的幾乎所有元素做快速定性定量分析，在突發(fā)環(huán)境事件中能夠快速對空氣、水體、土壤、食品、物品、建筑、植被、生物樣品等進(jìn)行檢測，快速判斷環(huán)境是否受到污染，并確定污染元素。 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的應(yīng)用研究進(jìn)行得最早、最深入的是環(huán)境領(lǐng)域，LIBS 主要用于探測水、土、空氣中重金屬，監(jiān)控水、土、空氣的

5、污染狀況。LIBS 可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)快速分析土壤中的Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb 和Zn 等7 種重金屬元素，與用直讀光譜儀的測量方法比較,誤差都不超過6%。 （1） 利用激光特有的性能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、在線元素檢測。 （2） 儀器體積相對較小，適用于現(xiàn)場分析、可在惡劣條件下進(jìn)行測定。 （3） 可用于各種形態(tài)的固體、液體甚至氣體分析，而且無需繁瑣的樣品前處理過程，分析簡便、快速。 （4） 可測定難溶解的高硬度材料，對樣品尺寸要求不嚴(yán)格，且對樣品的破壞性小，實(shí)現(xiàn)微損甚至近于無損檢測，樣品消耗量極低(約0.1g-0.1mg)。 （5） 分析時(shí)間短，從激光脈沖發(fā)射到信號(hào)收集的整個(gè)過程僅僅需要毫秒級別的時(shí)間。 （6） 可進(jìn)行多元素同時(shí)檢測。1.由經(jīng)典的化學(xué)分析向儀器分析發(fā)展； 2.由手工操作向連續(xù)自動(dòng)化邁進(jìn)； 3.微量分析（0.01%1%）向痕量（0.01%）、超痕量發(fā)展； 4.由污染物成分分析發(fā)展到化學(xué)形態(tài)分析； 5.儀器的聯(lián)合使用和電子計(jì)算機(jī)化。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展方向和長期目標(biāo)深入研究LIPS技術(shù)，創(chuàng)新分析方法，依靠科技創(chuàng)新與技術(shù)進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)空中采樣和水下潛航器采樣，完善空氣環(huán)境和水體環(huán)境的重金屬檢測分析方法，構(gòu)建LIPS立體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分析系統(tǒng)，提高生態(tài)環(huán)境監(jiān)測立體