激光诱导击穿光谱仪器(LIBS)在火星土壤分析中的应用

激光诱导击穿光谱技术要点

激光诱导击穿光谱的原理、装置及在地质分析中的应用摘要激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定量检测的分析技术。

为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和发展现况以及这项技术的应用情况，在课堂学习和相关基础实验的基础上，通过查阅相关文献和书籍进行了分析、整理、归纳。

文章从LIBS的由来、基本原理和实验装置进行了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。

LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。

关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析The Principle and Device of Laser InducedBreakdown Spectroscopy andits Application in Geological AnalysisABSTRACTLaser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To comprehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology, the current development status of LIBS technology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBS are reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects.Key words:Laser Induced Breakdown Spectroscopy;elemental analysis;geological analysis1 引言 (1)2 激光诱导击穿光谱的原理 (2)3 激光诱导击穿光谱的装置 (3)3.1 激光诱导击穿光谱的实验装置 (3)4 激光诱导击穿光谱在地质分析中的应用 (5)4.1 激光诱导击穿光谱技术的应用现状 (5)4.2 激光诱导击穿光谱技术在地质方面的应用 (5)4.3 激光诱导击穿光谱技术在其他方面的应用 (7)5 分析与讨论 (8)5.1 结果分析 (8)5.2 激光诱导击穿光谱技术的优点 (8)5.3 激光诱导击穿光谱技术的局限 (8)6 结论 (9)参考文献 (10)激光诱导击穿光谱法(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )简称为LIBS，是由美国Los Alamos国家实验室的David Cremers研究小组于1962年提出和实现的。

紧凑型激光诱导击穿光谱(LIBS)仪器研制与溶液、土壤分析方法研究

紧凑型激光诱导击穿光谱（LIBS）仪器研制与溶液、土壤分析方
法研究
LIBS的快速检测优势体现在小型化的检测设备、快速直接的制样方法和多元素同时分析这几个方面。

针对现有LIBS装置集成度低、操作流程繁琐和价格高的问题,本文基于模块化设计、小型高能量激光器、统一的控制系统和测控软件系统研制出一种高集成度、测试流程简单和大能量输出的紧凑型LIBS仪器,仪器体积小巧又保证了激光能量输出超过100 m J,且所有操作在统一界面下完成。

为了验证LIBS仪器的测试性能,对铜矿样品粉末进行了定性和定量分析,表明对含量为ppm级别的目标元素仍然具有定性分析能力,对Cu和Zn的线性相关系数(R2)均达到0.98以上。

针对LIBS无法对液态样品进行快速检测的问题,提出一种基于高吸水化合物的水凝胶快速制样方法,改善了LIBS测试液体时的等离子体淬灭效应、液体溅射和表面波纹等的影响,实现了LIBS对水体样品的快速分析。

采用标准曲线方法和多变量回归方法对不同基质下的土壤样品进行了多元素同时定量分析,通过不同定量分析模型的交叉验证实现了对不同基质条件下土壤多元素的定量检测。

为了实现对同质异相类物质的快速检测,研制出一种一体化的LIBS-Raman联用仪器,能够同时获取分析材料的原子光谱和分子光谱,实现了对物质元素和分子结构的解析,分别对标准物质和自然物质的测试验证了该仪器的优势。

激光诱导击穿光谱技术用于土壤成分检测研究

密级：学校代码：10075分类号：学号：20091157理学硕士学位论文激光诱导击穿光谱技术用于土壤成分检测研究学位申请人：宋广聚指导教师：陈金忠教授学位类别：理学硕士学科专业：环境工程授予单位：河北大学答辩日期：二○一二年六月Classified Index: CODE: 10075 U.D.C.: NO: 20091157A Dissertation for the Degree of M. ScienceStudy of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Technology used for SoilComponent DetectionCandidate：Song Guang-juSupervisor：Prof. Chen Jin-zhongAcademic Degree Applied for：Master of ScienceSpecialty：Environmental EngineeringUniversity：Hebei UniversityDate of Oral Examination：June, 2012摘要本文采用SQ-II型Nd:YAG脉冲激光器（0～700 mJ）、WP-2L型平面光栅光谱仪、光谱采集与数据处理系统等构成光谱分析系统，以国家标准土壤样品作为烧蚀靶，研究了激光诱导土壤等离子体发射光谱的特性。

主要内容包括以下几方面：1. 激光脉冲能量和激光束散焦对等离子体辐射的影响研究了激光输出能量（100-500 mJ）对等离子体辐射强度的影响。

实验发现，在激光能量为200 mJ的优化条件下，可以提高等离子体发射光谱强度和信背比。

当激光束被适当散焦以后激发样品时，能够进一步改善光谱质量，在散焦位置为+6 mm时元素Mg、Al、K和Fe的谱线强度比未散焦时的分别提高了46%、63%、59%和45%，而光谱信背比分别提高了11%、31%、35%和38%。

激光诱导击穿光谱的应用研究

激光诱导击穿光谱的应用研究激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种基于激光诱导击穿现象的光谱分析技术。

通过激光的高能量使样品形成等离子体，并进行光谱分析，可以快速、无损地获得样品的元素成分信息。

在材料科学、环境监测、冶金工业、火灾探测等领域中，LIBS已经广泛应用，并取得了显著的成果。

一、LIBS基本原理及仪器LIBS基于激光诱导击穿现象，当强激光束照射到样品表面时，样品吸收激光的能量并迅速增加温度，形成等离子体。

等离子体中的原子、离子、自由电子经过激发、自发辐射、电子碰撞激发等过程，发射出一系列特征光谱线。

通过分析这些光谱线，可以确定样品的化学成分。

LIBS仪器包含激光器、光学系统、光谱系统和数据分析系统。

激光器产生高能量、窄脉冲的激光束，光学系统将激光束聚焦到样品表面上，形成等离子体。

光谱系统由光谱仪和探测器组成，用于分辨和检测等离子体发射的光谱。

数据分析系统将光谱信号进行处理和分析，得到样品的元素成分信息。

二、LIBS应用研究1.材料科学领域在材料科学领域，LIBS可用于对材料的元素成分进行表征和分析。

研究人员可以通过LIBS技术实时监测材料的组分变化，控制材料的质量和特性。

例如，研究者可以利用LIBS技术对钢材中的杂质元素进行快速检测，以确保材料符合使用要求。

此外，还可以通过LIBS技术对涂层材料进行分析，以改善材料的抗腐蚀性能和热稳定性。

2.环境监测领域在环境监测领域，LIBS可用于对土壤、水体、空气中的污染物进行检测和分析。

与传统的采样分析方法相比，LIBS无需样品预处理，操作简便快速，可以实现现场即时监测。

例如，研究人员可以利用LIBS技术对土壤中的重金属污染物进行快速分析，以评估土壤质量和污染程度。

同时，LIBS还可以用于检测水体中的有害物质，如汞、铅、砷等。

3.冶金工业领域在冶金工业领域，LIBS可用于金属熔炼和炉渣分析。

libs激光诱导击穿光谱

libs激光诱导击穿光谱激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种分析技术，通过激光脉冲诱导样品形成等离子体，然后使用光谱仪来分析等离子体中的发射光谱，从而确定样品中元素的存在和浓度。

LIBS技术具有以下几个特点：非接触性、快速、无需样品预处理以及对大多数样品均适用。

这些特点使得LIBS在很多领域得到了广泛应用，如环境监测、冶金学、博物馆保护、食品和饮料质量检测等。

LIBS技术的基本原理是，在激光脉冲照射样品表面时，激光能量会被吸收并加热样品，达到等离子体形成的温度。

当激光能量足够高时，样品表面会发生等离子体产生的现象，形成一个包含高温等离子体的小火球。

这个高温等离子体内部的原子和离子会发射出光，形成光谱信号。

LIBS结果的分析主要依赖于光谱仪测量到的光谱信号。

利用光谱信号，可以确定不同元素产生的光谱线，从而确定样品中的元素种类。

通过测量光谱信号的强度，可以推测元素的相对浓度。

此外，利用激光与样品的相互作用，还可以获取有关样品中化学反应和材料特性的信息。

LIBS技术的应用非常广泛。

在环境监测方面，LIBS可以用于检测土壤中的重金属含量，以及检测大气污染物。

在冶金学中，LIBS可以用来分析金属合金中的成分，以及检测炉渣中的杂质。

在博物馆保护领域，LIBS可以用来鉴别文物中的材料成分，以及检测文物表面的污染物。

在食品和饮料质量检测中，LIBS可以用来检测农产品中的重金属污染，以及检测饮料中的成分。

LIBS技术的快速、非接触和无需样品预处理的特点，使得它成为了一种非常有潜力的分析技术。

然而，LIBS技术还存在一些挑战，如激光能量的均匀性、等离子体温度的测量和校正、光谱数据处理等。

因此，在进一步推广和应用LIBS技术时，需要进一步改进仪器设计和数据分析算法，以提高其分析精度和稳定性。

总之，LIBS技术是一种非常有潜力和应用广泛的分析技术，可以用来快速、准确地分析样品中的元素成分和浓度。

激光技术在环境监测中的应用研究

激光技术在环境监测中的应用研究随着社会的快速发展和工业化进程的不断推进，环境问题日益凸显，对于环境监测的要求也越来越高。

传统的环境监测方法在某些方面存在局限性，而激光技术的出现为环境监测带来了新的机遇和突破。

激光技术具有高分辨率、高灵敏度、非接触式测量等优点，在大气污染监测、水污染监测、土壤污染监测等领域发挥着重要作用。

一、激光技术在大气污染监测中的应用大气污染是当前环境问题中的一个重要方面，对人类健康和生态环境造成了严重威胁。

激光技术在大气污染监测中的应用主要包括对颗粒物、气态污染物和温室气体的监测。

（一）颗粒物监测激光散射法是一种常用的颗粒物监测技术。

当激光照射到颗粒物上时，会发生散射现象，通过测量散射光的强度和角度，可以计算出颗粒物的浓度和粒径分布。

这种方法具有实时性强、测量精度高的优点，能够快速准确地反映大气中颗粒物的变化情况。

（二）气态污染物监测差分吸收激光雷达（DIAL）技术在气态污染物监测中表现出色。

它利用污染物对特定波长激光的吸收特性来测量其浓度。

例如，对于二氧化硫、氮氧化物等污染物，通过发射两种不同波长的激光，一种被污染物强烈吸收，另一种则几乎不被吸收，通过对比两种波长激光的回波信号差异，就可以计算出污染物的浓度。

（三）温室气体监测二氧化碳、甲烷等温室气体的排放是导致全球气候变化的主要原因之一。

激光技术可以实现对这些温室气体的高精度监测。

例如，可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术能够对二氧化碳和甲烷的浓度进行实时、连续监测，为研究温室气体的排放和变化规律提供了重要数据支持。

二、激光技术在水污染监测中的应用水是生命之源，水污染的监测和治理至关重要。

激光技术在水污染监测中的应用主要有水质参数监测和水中污染物检测。

（一）水质参数监测激光诱导荧光（LIF）技术可以用于测量水中的溶解有机物、叶绿素等水质参数。

当激光照射到水样中时，某些物质会发出荧光，通过检测荧光的强度和光谱特征，可以推断出这些物质的浓度，从而反映水质的状况。

激光诱导击穿光谱快速定性分析土壤中金属元素

扫描电镜拉曼联用等方面的研究，Ｅ－ｍａｉｌ：Ｉｎｆｏ＠ｓｕｎｎｙ — ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｃｏｎ。ｒ
通讯作者：孙延，男，硕士学历，主要从事激光拉曼光谱和激光诱导出穿光谱等方面的研究，Ｅ — ｍａｉｌ：１５７２６１３５５１＠ｑｑ．ｃｏｎ。ｒ
（ＩＩ）３１８．０９ｎｌＴｌ、３９６．９３ｎｍ，Ｓｉ（Ｉ）２８８．５５ｎｍ，Ｍｇ
（ＩＩ）６３４．６４ｎｍ，Ａ１（Ｉ）３０９．３７ｎｍ、３９３．６ｎｍ。
关键词：激光诱导击穿光谱法土壤元素定性分析
激光诱导击穿光谱法（ＬａｓｅｒＩｎｄｕｃｅｄＢｒｅａｋ —
２０Ｈｚ，单脉冲能量连续可调最大１０００ｍＪ，谱宽２０５
Ｍｇ、Ｓｉ、Ａ１等元素进行了初步的试验。
３结论
本实验利用ＬＩＢＳ方法快速定性分析了土壤样
品的Ｃａ，Ｓｉ，Ｍｇ和Ａｌ元素，并与标准谱图库比对了特征发射谱线。结果表明，ＬＩＢＳ方法具有快速、多元素同时分析、操作简便、分析速度快等优点。同时，ＬＩＢＳ也可为土壤重金属元素快速测定及现场测定提供有效手段和方法。

用激光诱导击穿光谱技术定量分析土壤中Ba和Sr

用激光诱导击穿光谱技术定量分析土壤中Ba和Sr陈添兵;姚明印;刘木华;雷泽剑;彭秋梅;徐媛;张旭【摘要】利用激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术检测土壤标准样品中Ba和Sr的含量,用光纤光谱仪探测等离子体冷却过程中的发射谱线,选取BaⅡ455.41 nm和SrⅠ460.73 nm特征谱线为分析线.为了减小误差,采用Lorenizian函数进行光谱轮廓曲线拟合对数据预处理,提取光谱净强度值.选择多元素谱线强度和作为内标,根据分析线与内标线强度值之比建立定标曲线,Ba 和Sr含量与其强度比的线性系数分别达到0.9900和0.9906,采用这种强度比定标法对Ba和Sr的含量进行反演,测定Ba和Sr含量值与标准值的相对偏差分别为5.7％和5.1％.%Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) was applied to measure barium and strontium elements in soil The emission spectrum was emitted as the plasma was cooling off, which was collected and analyzed by fiber spectrometer. Spectral lines of barium(BaII line at 455.41 nm) and strontium(Srl line at 460. 73 ran) were separately used for the determining. In order to reduce the error, fitting of the spectra by using Lorcnizian function was used, the datum was preprocessed and the net intensity value of the spectra was collected. A signal intensity in the proper range of the characteristic spectrum was chosen as the interior label. A calibration curve was drawn according to the ratio between the value of the analytical line and the interior scaling line. The correlation coefficient between the content and the intensity ratio of Ba and Sr were up to 0.990 0 and 0.990 6. The content of Ba and Sr was inversed by means of the intensity scaling method . As a result, the relative deviations between thecontent values and the standard values of Ba and Sr were 5. 7% and 5.1% respectively.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2012(032)006【总页数】4页(P1658-1661)【关键词】激光诱导击穿光谱;内标线;强度比定标法;定标曲线;拟合度【作者】陈添兵;姚明印;刘木华;雷泽剑;彭秋梅;徐媛;张旭【作者单位】江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045;江西农业大学生物光电及应用重点实验室,江西南昌330045【正文语种】中文【中图分类】S151.9激光诱导击穿光谱（LIBS）分析技术，其原理是利用高能量短脉冲的激光聚焦至样品表面，产生瞬间高温将聚焦处样品激发到等离子态，所产生的等离子体几乎可将样品中的全部元素气化并激发至高能态，当它们回到基态时会发出各自的特征光谱，通过对光谱波长的探测就可获得样品中的所有元素种类和含量［1］。

激光诱导击穿光谱技术讲解

激光诱导击穿光谱的原理、装置及在地质分析中的应用摘要激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定量检测的分析技术。

为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和发展现况以及这项技术的应用情况，在课堂学习和相关基础实验的基础上，通过查阅相关文献和书籍进行了分析、整理、归纳。

文章从LIBS的由来、基本原理和实验装置进行了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。

LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。

关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析The Principle and Device of Laser InducedBreakdown Spectroscopy andits Application in Geological AnalysisABSTRACTLaser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To comprehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology, the current development status of LIBS technology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBS are reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects.Key words:Laser Induced Breakdown Spectroscopy;elemental analysis;geological analysis1 引言 (1)2 激光诱导击穿光谱的原理 (2)3 激光诱导击穿光谱的装置 (3)3.1 激光诱导击穿光谱的实验装置 (3)4 激光诱导击穿光谱在地质分析中的应用 (5)4.1 激光诱导击穿光谱技术的应用现状 (5)4.2 激光诱导击穿光谱技术在地质方面的应用 (5)4.3 激光诱导击穿光谱技术在其他方面的应用 (7)5 分析与讨论 (8)5.1 结果分析 (8)5.2 激光诱导击穿光谱技术的优点 (8)5.3 激光诱导击穿光谱技术的局限 (8)6 结论 (9)参考文献 (10)激光诱导击穿光谱法(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )简称为LIBS，是由美国Los Alamos国家实验室的David Cremers研究小组于1962年提出和实现的。

libs手持激光诱导击穿光谱仪用途

libs手持激光诱导击穿光谱仪用途现代科技的快速发展使得激光技术在各个领域得到广泛应用，激光诱导击穿光谱仪（LIPSS）作为一种先进的光谱仪器，具有许多独特的优势和广泛的应用前景。

本文将对LIPSS的用途进行详细介绍，并侧重于其在生物医学、材料科学和环境监测方面的应用。

LIPSS是一种基于激光诱导击穿技术的光谱仪器，它利用激光在样品表面产生的等离子体，测量其产生的特征光谱。

LIPSS具有高灵敏度、高分辨率和快速测量等优点，可以提供关于不同样品的化学成分和结构信息。

它被广泛应用于材料分析、生物医学研究和环境监测等领域。

首先，LIPSS在生物医学领域的应用非常广泛。

通过对生物样品进行激光诱导击穿测量，可以获得样品的组成、结构和特性信息。

在生物医学研究中，LIPSS可用于识别和鉴定生物标志物，例如蛋白质、DNA和细胞等。

此外，LIPSS还可以用于药物研发和临床诊断，例如通过测量药物在体内的分布和代谢过程，以及检测生物体内的病变。

其次，LIPSS在材料科学领域也有着广泛的应用。

材料的组成和结构对其性能起着至关重要的作用。

通过使用LIPSS，可以快速、非破坏性地获得材料的化学成分、晶体结构和表面形貌等信息。

这对于材料的研究和开发具有重要意义。

例如，LIPSS可以用于监测材料的质量和纯度，表征材料的晶格结构和相变过程，以及分析材料表面的微观特征和缺陷。

最后，LIPSS在环境监测方面也具有潜力。

随着环境问题的日益严重，环境监测变得愈发重要。

LIPSS可用于检测和分析水、空气和土壤等环境样品中的有害物质和污染物。

例如，通过测量水中的溶解氧和污染物浓度，可以对水质进行即时监测。

此外，LIPSS还可以用于监测大气中的微粒和有毒气体，以及土壤中的重金属和有机化合物等。

除了以上应用领域，LIPSS还可以应用于食品安全、火灾检测和能源研究等。

在食品安全方面，LIPSS可以用于鉴定和检测食品中的化学成分和添加剂，以及检测食品中的有害物质和污染物。

激光诱导击穿光谱技术在环境检测中的应用

激光诱导击穿光谱技术在环境检测中的应用激光诱导击穿光谱技术（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种利用激光聚焦高能量脉冲激光束在被测样品表面产生高温等离子态的原理，通过原子和分子发射光谱信号来获得样品元素成分和含量分布信息的无损分析检测技术。

LIBS技术具有快速、无损、原位等优点，因此在环境检测中得到了广泛应用。

首先，LIBS技术在土壤环境检测中的应用十分重要。

土壤是农业生产和环境生态系统的重要基础，对土壤中重金属元素、有机物污染物等进行准确、快速的检测是维护农产品质量和人类健康的关键。

传统的土壤检测方法通常需要样品的前处理和实验室分析，耗时耗力。

而LIBS技术具有无损、不需样品前处理等优势，可以直接对土壤进行原位检测，大大提高了检测效率。

其次，LIBS技术在水环境检测中也具有广泛应用前景。

水是人类生活和工业生产的基本需求，对水质的监测与评估具有重要意义。

传统的水环境检测方法多依赖于取样、实验室分析等步骤，耗时且容易受到外界干扰。

LIBS 技术通过直接照射水样品，可以实现无损、实时的元素分析，并且对微量元素的检测也能够达到较高的灵敏度。

因此，LIBS技术在水体中重金属、有机物等污染物的快速检测中具有广阔的应用前景。

此外，LIBS技术还可以应用于大气环境监测。

大气污染对人类健康和生态环境产生严重影响，因此准确、快速地监测大气污染物的浓度和组成显得非常重要。

传统的大气环境监测方法主要依赖于地面站点获取数据，而LIBS技术的特点使其具有携带性和快速反应的优势，可以在移动平台上实现对大气成分的实时监测和分析，可以对空气中的各种元素、有害气体进行高效的检测。

最后，LIBS技术在固体废物处理中也有广泛的应用。

固体废物处理是环境保护的重要组成部分，传统的固体废物检测方法多依赖于样品取样和实验室分析，耗时耗力。

而LIBS技术可以在不破坏废物外包装的情况下，直接对废物进行原位检测，实现对废物中有害物质的快速分析，为废物分类、处理提供准确的数据支持。

激光诱导击穿光谱技术

激光诱导击穿光谱技术
激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种利用激光照射样品，采用物理或化学原理从被照射样品中放射出特定的发射光谱，观察其光谱特征，来判断样品中元素成分的一种分析技术。

激光诱导击穿光谱技术具有分析快速、灵敏度高、无污染、无限次分析等优点，在物质成分分析领域得到了广泛应用。

激光诱导击穿光谱技术主要包括光源和探测系统两部分。

在激光诱导击穿实验中，激光是向样品辐照，其能量主要通过收敛和非光压激发样品内部原子而产生。

当激光照射在样品表面不时，其内部原子将由离子气体状态跃迁而发出可见光谱信息，从而形成激光诱导击穿光谱的原理基础。

探测系统的作用是检测来自于样品的发射光谱，以及来自激光的反射光谱。

随后，数据处理系统将数据处理成可读的格式，最终生成光谱图，从而分析样品成分信息。

激光诱导击穿光谱技术应用广泛，可以用来分析岩石、土壤、水溶液、环境物质等样品中的元素成分，而且由于该技术对激光点位移动不敏感，因此可以在一次分析中同时完成多个样品的分析，大大提升了实验效率。

另外，激光诱导击穿光谱技术也可以用于远程成分分析，如宇宙物质的成分分析。

研究人员从宇宙发射的光谱中检测出的各种元素，可以帮助我们了解宇宙的不同形成过程，为对宇宙进行深入研究提供线索。

基于LIBS技术土壤重金属含量快速检测

摘要：通过研究激光诱导击穿光谱的原理，搭建libs的实验光谱系统，定量分析了土壤中的pb元素，对比fe元素内标、分析谱线内标以及无内标的三种情况下的libs检测结果的精确性和准确性。

经检测，fe元素作为内标元素时，检测结果更准确，相对误差最小为1.67%；rsd是5.42%，验证了fe元素作为内标的准确性和可行性。

关键词：激光诱导击穿光谱；土壤；重金属；pb元素；内标法中图分类号：tp271 文献标识码：a随着现代社会的不断发展，环境问题成为了人们关注的焦点之一，尤其是土壤中的重金属污染，在环境问题中的比例日益增强[1-2]。

常规的土壤重金属检测方法已经满足不了对重金属精确检测的要求，因此基于libs技术的土壤重金属检测方法得到了比较广泛的应用和认可[3-4]。

1 libs技术检测原理激光光源发出强烈的激光光束，经透镜入射到样品表面，脉冲作用下的样品会吸收一定的光子能量，局部温度升高，当热电子和自由电子足够多，加之激光光束的作用，自由电子和发生电离之后的原子就会形成高密度的等离子体。

随着温度的下降，高能轨道中的电子就会向低能轨道跃迁，在跃迁的过程中就会释放一定频率的特征光谱，这些特征光谱包含了样品中的元素信息 [5-6]。

2 系统实验及数据分析本实验中的土壤样品是来国家标准土壤，将硝酸铅溶液混合到土壤中，为了试验便捷性将土壤制品制成扁平的圆柱体，半径为3mm，厚度为4mm，样品中铅含量0.27%。

为了保证实验数据的可信度，每个土壤样品的检测次数为5次，所获得的数据取得平均值进行计算。

试验中分别计算了fe元素为内标元素，无内标元素以及分析背景为内标元素这三种情况下的样品检测浓度。

以特征光谱的强度为纵坐标，pb元素的浓度为横坐标。

由图3可知，pb元素在三种情况下的线性相关系数分别是0.999；0.997以及0.996。

因此，由实验结果可知，选择fe元素作为内标时，检测结果与样品浓度之间的线性相关性更好。

激光诱导击穿光谱技术对土壤中重金属元素Cr的定量分析

Vol. 41,No. 3,pp875-879March , 2021第41卷，第3期202" 年 3 月光谱学与光谱分析SpectroscopyandSpectralAnalysis激光诱导击穿光谱技术对土壤中重金属元素Cr 的定量分析林晓梅X曹玉莹X赵上勇2,孙浩然X高勋21. 长春工业大学电气与电子工程学院,吉林长春1300122. 长春理工大学理学院,吉林长春130022摘要为促进LIBS 技术在土壤微量重金属元素检测中的应用，提高特征谱线的光谱强度和信背比，对实验参数进行优化！并对Cr 元素进行分析％首先对激光器激发能量、样品距透镜距离和光谱仪采集延时等实验参数进行优化%对比激光器能量从60 mJ 到110 mJ 的谱线强度和信背比，当选用90 mJ 的激发能量时可以得到最佳实验结果％其次，选择不同样品到透镜的距离，对比从焦前5 mm 到焦后5 mm 得到的实验结果，得出样品与透镜距离为焦后1 mm "即聚焦位置121 mm)时，Cr 元素的特征谱线和信背比达到最佳％最后，分析对比光谱仪采集延时对谱线强度和信背比的影响，结果显示，与能量对等离子辐射强度的影响趋势大致相同!当采集延时为1 000 ns 时!实验结果最佳%在最佳实验条件下(即激光器能量90 mJ 、聚焦位置121mm 、采集延时1 000 ns ),对12种含有重金属Cr 元素的土壤样品进行了光谱检测，为减弱外界环境的干扰，对同一样品的10个激光烧蚀位置得到的光谱做平均值预处理!选择Cr ( I )357. 86 nm , Cr( ' )425. 44 nm , Cr (I)427. 49 nm 为特征谱线,通过建立样品掺杂浓度和光谱强度的定标曲线,得到了三条谱线的检测限LOD 分别为74.62, 64.07和67.49 mg ・kg 拟合优度值R 2分别为0.98, 0.97和0. 99,均方根误差值RMSE 分别为0.41, 0. 33和0. 35%同时,引入偏最小二乘法及支持向量机算法进一步提高了定标模型精度%研究表明，通过对实验参数进行优化及改善LIBS 技术对微量元素的定量探测参数，得到了最优的光谱强度和信背比，并通过对Cr 元素进行定量分析，计算定标曲线的Lorenz 拟合得到检测限、拟合优度和均方根误差等实验参数,提高了 LIBS 对土壤中重金属元素的检测精度,这对于利用LIBS 技术检测微量重金属元素具有重要的参考意义%关键词激光诱导击穿光谱；检测限；拟合优度；均方根误差中图分类号：O433.4文献标识码：ADOI ： 10. 3964issn. 1000-0593(2021)03-0875-05引言土壤是人类赖以生存的自然资源％近年来随着工业农业的迅猛发展，环境污染日益严重％由于重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，土壤也不可避免的受到重金属的污染，并不断累积，造成了严重的土壤重金属污染，同时土壤中重金属元素难降解、易富集，可通过食物链进入人体，对人体健康造成严重危害如何快速可靠地对土壤中重金属元素进行检测是研究的热点％传统的光谱检测方法包括原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱⑶、X 射线荧光⑷、原子吸收法囚等，但是这些方法存在样品预处理繁琐和操作复杂等问题％激光诱导击穿光谱(laser-induced break down spectroscopy , LIBS )技术，又称为激光诱导等离子体光谱，利用高能量脉冲激光聚焦到样品上，使样品在瞬间气化成高温、高密度的激光等离子体，等离子体中包括原子、离子和一些分子，它们会发射其特征波长的光谱，谱线的波长和强度分别反映了样品中的元素组成和含量％ LIBS 技术具有无需样品采集和预处理、分析速度快、可实现多种元素实时检测的特点，已广泛应用于爆炸物⑹、燃烧分析冶金分析囚、艺术品鉴定、等离子体诊断分析⑼、水污染检测和土壤污染检测)0*等领域％影响激光诱导击穿光谱技术分析的因素较多，如激光能量、延时时间、透镜到样品表面距离等参数，因此需要优化实验参数来提高激光诱导击穿光谱的检测和分析能力 % 有研究通过对激光脉冲延时、聚焦位置等实验参数进行优化, 得收稿日期：2019-10-15,修订日期：2020-03-22基金项目：国家自然科学基金项目(61575030),吉林省科学技术厅项目(20180101283JC ),吉林省教育厅项目(JJKH20190539KJ )资助作者简介：林晓梅，女，1965年生，长春工业大学电气与电子工程学院博士研究生e-mail ： *******************.cn通讯作者e-mail 'lasercust @876光谱学与光谱分析第41卷到土壤中重金属元素分析谱线Cr(I)427.4nm的相对标准偏差(RSD)为12.1%，检测限为2.01mg・kg r1，预测浓度的相对标准偏差为5.15%；孟德硕等口1*利用LIBS技术结合标准加入法对土壤中Cr元素进行了分析，通过优化外推点数量参数，实现了预测结果误差在7%以内％孙淼等)2*通过LIBS技术与卷积神经网络(CNN)相结合，对5类不同污染程度的土壤中铅Pb元素进行了分类试验，结果表明LIBS-CNN可对土壤中Pb质量浓度等级进行快速准确分类，准确度达到99%以上％李艳等)3*基于LIBS结合偏最小二乘回归(PLSR)与最小二乘支持向量机(LS SVM)，对土壤中Cr元素含量检测与分析，并建立分析谱线区间与对应的重金属元素浓度之间的定量回归模型，结果表明LSSVM模型的预测性能更高%研究中对土壤中掺杂的Cr元素进行了定量分析，选取Cr(I)357.86nm［电子能级跃迁：3-(6S)4s-3-4(D)4s40 (31°))，Cr(I)425.44nm{3—5(6S)4s-3—5(4p)4P)，Cr(I) 427.49nm)-5(6S)4s-3-(6S)4P}三条特征谱线作为研究对象，通过优化实验参数，得到最优的光谱强度，从而提高LIBS技术的光谱分析信背比，最后对重金属Cr元素特征谱线进行定量分析研究%1实验部分1.1装置激光诱导击穿光谱实验装置如图1所示，采用1064nm 波长的调Q脉冲Nd:YAG激光器(Continuum，SLI--10)为光源，脉冲宽度为10ns，激光光束经过焦距为120mm的聚焦透镜，将能量聚焦到样品表面；通过半波片和格兰棱镜调节烧蚀靶材的脉冲能量；激光烧蚀靶材产生的等离子体辐射光谱经光纤探头耦合至光谱仪(Andor，Me5000)进行光谱采集%激光器与光谱仪通过数字延时发生器(Berkeley Nucleonics Corp，BNC575)同步控制，使用纳秒激光器的调Q信号进行触发％为了避免样品表面过度烧蚀，靶材置于三维平移台，使每束激光脉冲作用于靶材新的位置上％实验环境为标准大气压，室内常温，湿度为22.5%%为了降低因系统误差对实验结果的影响，采集不同位置的光谱线做平均值处理％图1激光诱导击穿光谱实验装置示意图Fig.1TheexperimentalsetupofLIBSfordetection Cr element in soil 1.2样品制备实验所用的样品由标准土壤样品GBW07403和CHNOs#・9H2O混合而成，制备12种掺杂Cr元素不同浓度的土壤样品％将一定比例的混合物通过蒸馏水溶解，充分搅拌，再经烘干、研磨后，取3g样品放入模具中，用压片机施加30MPa的压强，持续30min，压制成直径30mm，厚度2mm的圆饼形薄片％2结果与讨论实验采集的土壤样品LIBS光谱(356〜428nm)如图2所示％由于土壤基体复杂，对微量元素分析很容易受到其他辐射光谱的干扰，只针对样品原子线及离子线进行分析，而不同价态对元素特征曲线波段并无影响％本实验中，选取其中谱线强度相对较高，受到干扰较小的三条Cr谱线，分别为Cr(I)357.86nm，Cr(I)425.44nm和Cr(I)427.49 nm，作为实验参数优化和定量分析的特征谱线％856428427426575图2土壤样品激光诱导击穿光谱图Fig.2The LIBS of Cr element in soil2.1激光能量对谱线强度的影响土壤样品等离子体辐射光谱由激光烧蚀靶材样品产生。

LIBS技术在土壤重金属污染快速测量中的应用

量和检测等关键问题进行了探讨。
关键词ＬＢ重金属污染土壤快速测量ＩＳ
中图分类号：０５．８Ｘ１１３文献标识码：Ａ文章编号：０５２１２０）７８１６．７６７３；３．１０．８Ｘ（０８０／．１５０
ＡｐｐｉａｉｎｏＢＳＴｅｈｌｇｏｔｅＲａｉｅｓｒｆＨｅｖｌｔｏｆＬＩｃｎｏｏｙｔｈｐｄＭａｕｅｏａｙｃＭｅａｎａｎｔｏｎＳｉｓｔｌＣｏｔｍｉａｉｎｉｏｌ
ａｈｅｅｑａｔａｉｅｍｅｕｅｎｎｍｐｖｈｅｄｔｃｉｎｌｍｉｏＩＳａｉｃｓｅｃｉｖｕｎｉｔａｒｍｅｔａｄｉｒｅｔｅｅｔｉｔｆＬＢｒｄｓｕｓｄ．ｔｖｓｏｏｅ
ＫｅｒｓｌｓｒｉｄｃｄｂａｄｗｐｃｒｓｏｙＬＢ）ｅｖｔｌｃｎａｎｔｎｏｌ；ｒｐｄｍｅｓｒｙｗｏｄａｅ－ｕｅｒｋｏｎｓｅｔｃｐ（ＩＳ；ｈａｍｅａｏｔｍｉａｉ；ｓｉａｉａｕｅｎｅｏｙｏｓ
王建伟张娜珍侯可勇李海洋
（．国科学院大连化学物理研究所大连１６２；．国科学院研究生院北京１０４；１中１０３２中００９３长春理工大学光电工程学院长春１０２）．３０２
摘要激光诱导击穿光谱（ｓｒｉｕｅｒｋｏｎｓｅｔｓｏｙＬＢ）为一种很有前景的分析和测量１ｅ．ｄｃｄｂｅｄｗｐｃｏｃｐ，ＩＳ作ａｎａｒ

激光诱导击穿光谱技术讲解

激光诱导击穿光谱的原理、装置及在地质分析中的应用摘要激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定量检测的分析技术。

为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和发展现况以及这项技术的应用情况，在课堂学习和相关基础实验的基础上，通过查阅相关文献和书籍进行了分析、整理、归纳。

文章从LIBS的由来、基本原理和实验装置进行了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。

LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。

关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析The Principle and Device of Laser InducedBreakdown Spectroscopy andits Application in Geological AnalysisABSTRACTLaser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To comprehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology, the current development status of LIBS technology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBS are reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects.Key words:Laser Induced Breakdown Spectroscopy;elemental analysis;geological analysis1 引言 (1)2 激光诱导击穿光谱的原理 (2)3 激光诱导击穿光谱的装置 (3)3.1 激光诱导击穿光谱的实验装置 (3)4 激光诱导击穿光谱在地质分析中的应用 (5)4.1 激光诱导击穿光谱技术的应用现状 (5)4.2 激光诱导击穿光谱技术在地质方面的应用 (5)4.3 激光诱导击穿光谱技术在其他方面的应用 (7)5 分析与讨论 (8)5.1 结果分析 (8)5.2 激光诱导击穿光谱技术的优点 (8)5.3 激光诱导击穿光谱技术的局限 (8)6 结论 (9)参考文献 (10)激光诱导击穿光谱法(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )简称为LIBS，是由美国Los Alamos国家实验室的David Cremers研究小组于1962年提出和实现的。

火星土壤中的化学元素分布

火星土壤中的化学元素分布火星是地球最接近的行星，也是人类探索太空的重要目标之一。

在过去的几十年中，许多国家的太空探索机构都曾经派遣探测器前往火星进行着陆和勘测，以期了解火星的地质、气象等方面的情况。

其中一个关键的问题就是火星土壤中的化学元素分布，因为这涉及到人类是否能够在火星上进行生命活动和农业种植的可能性。

一、火星的化学元素组成火星的空气主要是二氧化碳，约占95%，其它气体如氩、氮、氧等只占极少的比例。

火星的土壤主要是普通的玄武质岩石和熔岩石，由硅酸盐、氧化物和硫化物等组成，这些物质构成了火星的地表和岩石。

火星的化学元素组成和地球比较相似，主要包括常见的元素如碳、氢、氧、氮、硫、钠、镁、铁、铝、钾、钙等。

二、火星土壤中的化学元素分布火星的土壤中含有大量的化学元素，其中最为丰富的是铁和硅酸盐。

火星表层的土壤中铁的含量非常高，通常占总质量的15％到20％以上。

而硅酸盐则是构成火星表层地壳岩石的主要成分，包括二氧化硅（SiO2）和其他氧化物，占火星地壳总质量的约30％。

此外，钙、铝、镁、钠、钾等元素也在火星土壤中得以发现。

三、分析火星土壤中的化学元素为了更好地了解火星的地质结构和环境，许多探测器已经被派往火星进行勘测。

其中一项非常重要的任务是对火星表层土壤中的化学元素进行分析。

最早进行土壤分析的是美国航空航天局的“巨石射线实验室”，它可以测定土壤中是否含有放射性元素，例如氡、铀、钋和铀等元素，这些元素对控制火星环境以及导致火星生命的形成都具有重要意义。

此外，德国的“激光诱导击穿光谱分析仪”（LIBS）也被用于分析火星表层土壤中的元素，该仪器可以通过激光将土壤中的元素离子化，然后再通过分析得到化学元素的种类和含量。

中国的“天问一号”探测器上也配备了一台“矿物物质成分分析仪”（MIMOS II），可以测量火星表层土壤样品的元素及矿物成分。

四、火星土壤中的重金属元素除了常见的元素外，火星表层土壤中还存在一些重金属元素，如钡、锶、镉、铅等，这些元素是人体健康的潜在威胁。

火星土壤成分矿物质鉴定新方法技术改进

火星土壤成分矿物质鉴定新方法技术改进火星土壤成分的鉴定一直是地球科学家关注的焦点之一。

对火星土壤进行详细的成分矿物质鉴定，有助于我们了解火星的地质环境、地球和火星的异同，以及是否存在生命的可能性。

近年来，随着科学技术的进步，研究人员提出了一些新的方法和技术来改进火星土壤成分矿物质的鉴定工作。

首先，一种新的方法是利用激光诱导击穿光谱法（LIBS）对火星土壤进行分析。

LIBS技术利用激光束激发样品表面的光谱发射，然后通过监测和分析样品产生的光谱信号，可以获得土壤中元素的成分信息。

相比传统的取样分析方法，LIBS技术具有无接触、快速、非破坏性等优点。

通过LIBS技术，科学家能够在保持火星土壤最初状态的同时，快速鉴定其中的矿物质成分，为火星地质研究提供了更多的数据。

第二种新的技术是X射线吸收谱（XANES）和X射线吸收光谱（EXAFS）结合的方法。

X射线吸收谱是一种用来确定样品中元素化学结构的技术，主要是通过X射线的吸收谱特征来分析样品中元素的化学状态和配位环境。

X 射线吸收光谱则是对X射线吸收谱进行更加详细的分析和研究。

这种方法在火星土壤成分鉴定中的应用主要是通过对土壤中元素的吸收谱和光谱进行测量和分析，来了解火星土壤中存在的矿物质。

此外，一种提高火星土壤成分鉴定精确度的方法是样品的精细分析。

传统的取样分析方法一般只能获得土壤样品的整体成分，无法进行更加细致的矿物质分析。

然而，通过将火星土壤样品做细致的切片和显微镜观察，可以获得更准确的成分分析结果。

这种方法能够对土壤样品中的微小颗粒进行分离和鉴定，从而了解更详细的矿物质组成。

除了上述方法和技术的改进，还有一些新的研究设计以提高火星土壤成分矿物质鉴定的准确性。

例如，科学家们通过将多种分析手段相互结合，形成一个综合分析平台。

该平台结合遥感技术、激光探测技术、X射线分析技术等多种手段，可以更全面、准确地分析火星土壤的成分。

这种综合分析平台的使用，不仅能够提高土壤成分鉴定的准确性，还能够对土壤样品进行多层次的分析，从而获得更全面的成分信息。

LIBS土壤矿卤水的优势分析

LIBS土壤矿卤水的优势分析近年来，激光诱导击穿光谱（LIBS）回收、采矿和金属分析等不同领域蓬勃发展，LIBS土壤矿卤水具有不需要样品制备、便携性、检测速度快等优势。

与电感耦合等离子体－质谱法（ICP-MS）和其他一些元素分析方法不同，LIBS存在一种巨大的“矩阵效应”。

本文将分析LIBS土壤矿卤水的优势分析。

土壤分析已经经历了一个多世纪的发展，安德森在1960年的文章《土壤试验的历史与发展》中记录了这一时期技术的进步，其主要侧重于磷的监测，也考虑到了钾和氮。

他详细介绍了不同土壤类型如何提取相关物质的方法，以及土壤养分与作物产量关系的早期证据（早在1890年）。

大约在同一时间（1957年），大卫·赖斯·加德纳向哈佛大学提交了题为"美国全国合作土壤调查"的博士论文，这是农业研究人员首次广泛进行的土壤科学综合调查。

二战后的美国经济使得联邦和州一级的农业推广服务急剧扩大，土壤科学、除草剂、杀虫剂、抗病作物等研究大爆发，这使得从1950年代中期到今天农业生产力的显著提高。

图1展示了农业生产率的发展。

自然土壤分析自1960年以来发展至今，已经历数个阶段，过去十年来常见方法是收集一个田地不同地点的样本，在不到20英亩的田地中，随机地点采集了15到20个单独的样本。

将采集的土壤混合，测试土壤中的pH水平、植物可用的N、P、K、Mg、Ca等物质的浓度。

在某些情况下，还需要检测土壤中的有机质的百分比和微量金属，土壤检测实验室会采用多种方法检测，从滴定测量方法到ICP-MS。

如今，精准农业已成为最新的趋势，其对植物和土壤健康的测量越来越精确，需要更频繁地获取土壤信息，以便于更加精准地进行灌溉、虫害控制和施肥。

LIBS土壤矿卤水的早期研究主要侧重于土壤中的微量重金属的检测，但由于检测限达不到要求，分析精度不足，这个应用实施较为困难。

对于大多数有毒金属，LIBS在土壤基质中的检测限大概为1到20ppm之间，这比检测土壤中所需的元素检测限高出一个数量级。

激光产生诱导裂解质谱技术在化学分析中的应用

激光产生诱导裂解质谱技术在化学分析中的应用随着科技不断进步，化学分析技术也在不断创新发展。

其中，激光产生诱导裂解质谱技术（Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）成为了一项快速、高灵敏度、无损的新兴分析技术，广泛应用于环境监测、材料分析、生物医学等领域。

一、LIBS技术的基本原理LIBS技术的基本原理是利用激光脉冲激发物质，使其原子或分子发生电离与激发，然后产生等离子体，并通过热辐射和原子的自发辐射形成光谱。

根据原子、分子的不同能级分布以及与其它物质的相互作用等特性，对样品进行检测与分析。

二、LIBS技术的优势在分析技术选择中，人们通常会考虑分析速度、准确度、样品处理难易程度以及仪器的价格等多方面因素。

在这些方面，LIBS技术都具有诸多优势：1. 快速性以往的质谱技术需要特别样品处理，如溶液制备、固相萃取等，所需要的时间和步骤往往比较繁琐，而LIBS技术只需要对样品进行简单的处理后，即可快速获得结果。

因此，LIBS技术常被用于快速检测需要实时性的样品。

2. 高灵敏度LIBS技术可以在微区域进行分析，能够与目标物质较快速、较精确地相互作用，而且能够对目标物质的元素含量进行检测，通常灵敏度达到μg/g或ppb 级别。

这使得LIBS技术可以应用于化学分析的很多场合，如环境监测、宝石识别等。

3. 非破坏性由于LIBS技术是一种非破坏性的检测方法，可以对样品进行实时分析，无需对样品产生物理或化学变化。

这使得该技术可以应用于不可溶物、有机物等很多原本难以处理的样品中。

三、LIBS技术在化学分析中的应用1. 环境监测烟气、废水等污染物中存在大量的化学元素或化合物，需要通过调查、监测以制定出相应的化学管理措施。

而传统的化学分析通常需要在针对性比较强的前提下进行，而LIBS技术则能够将其灵敏度与快速性的优势充分发挥，对大量样品进行快速分析。

2. 材料分析在材料学领域中，LIBS技术可以应用于矿物制品、金属材料表面的微区元素分析，而且均匀性、稳定性等材料特性的检测等方面需要分析时也可以发挥重要作用。