激光诱导击穿光谱技术
激光诱导击穿光谱技术
因密闭容器，蒸气不会逸散损失，消化试剂利用率高， 消化时间短。 消化完成后，消化液可直接用于测定。 消化时，样品用量一般小于lg， 加入30％过氧化氢和l滴硝酸作为消化试剂， 经加热分解，过氧化氢和硝酸均生成气体逸出，故空白 值较低。 但该法要求密封程度高，压力密封罐的使用寿命有限。
(文字内容多，回顾、复习用）
二、激光诱导击穿光谱技术
（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）
重 点 ！
三、激光剥蚀电感耦合等离子质谱技术
（Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, LA-ICP-MS）
激光诱导击穿光谱技术和 激光剥蚀等离子体质谱联用技术 原理及其食品检验应用
南华大学 公共卫生学院 卫生检验系
吕昌银
Email:lchy1955@ 2015.05.23 湖南 湘潭 CDC
1
讲授主要内容
一、食品样品的传统前处理技术
(The traditional Pretreatment technology of food sample)
酸、水及氮氧化物。
硫酸与碱土金属(如钙、镁、钡、铅)所形成的盐类在水中的溶解 度较小。
9
（2）常用的传统消化方法 硫酸消化法 硝酸-高氯酸消化法
硝酸-硫酸消化法
硝酸消化法
10
（3）消化操作技术 敞口消化法
Digestion in Open Container/ Open Digestion
激光诱导击穿光谱技术及其在药学中的应用
激光诱导击穿光谱技术及其在药学中的应用摘要：激光诱导击穿光谱法是一种基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱的元素分析方法。
自LIBS问世以来，就被公认为是一种前景广阔的技术。
LIBS实验方法简单，在微小区域分析可弥补传统元素分析方法的不足，除了用于传统的实验室分析外，LIBS还是一种为数不多的可手持、便携式的元素分析技术。
由于无需复杂的前处理过程，LIBS技术简便、快速，非常适合大批量样品的快速、现场或在线检测，正在为分析领域带来众多的创新应用。
关键词：激光诱导等离子体；激光诱导击穿光谱；元素分析；定性；定量引言：激光诱导击穿光谱技术（LIBS）基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱，是一种正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定性定量检测的分析技术。
本文介绍了LIBS的由来、基本原理、实验装置和实验方法特点，综述了LIBS在药学方面的应用。
分析得出LIBS技术应用方便快捷，能快速辨识药品真伪且应用前景广泛，有利于药品市场的质量监管，在药物分析中将获得更为广泛的应用。
1激光诱导击穿光谱技术的概述激光诱导击穿光谱技术（laserinductedbreakdownspectroscopy,LIBS）是一种原子发射光谱技术，适用于所有物质（气态、液态、固态），具有快速、微损、样品准备简单和多元素同时探测等优点，广泛地应用于爆炸物检测、文化遗产、生物医学分析、土壤重金属检测、地质分析、食品安全等领域。
利用LIBS技术和化学计量学方法结合可实现待测样品的分类识别。
2在药学领域的应用2.1化学药品LIBS技术在药物分析领域的应用已获得成功，非常适合用于药品生产质量控制、过程分析和监控。
由于在气体和液体样品测量中涉及相对复杂的辅助装置，较低的采集效率、容易导致的样品溅射污染等缺点，LIBS更适合用于固态包括粉末状压制成片剂后的样品分析。
以下介绍LIBS用于片剂和包衣分析的一些代表性的研究。
LIBS可用于多组分片剂的实时分析，以特征的元素原子发射谱线（如药物中磷和润滑剂中镁）进行定量分析，实现组分相近药物的快速区分。
LIBS光谱分析系统
LIBS光谱分析系统LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，激光诱导击穿光谱法）是一种基于激光诱导击穿技术的光谱分析方法。
该方法通过激光脉冲对样品表面产生高温、高压等极端条件，使样品中的原子和分子发生电离和激发，进而产生特征的发射光谱。
通过对这些发射光谱的分析，可以得到样品中元素的定性和定量信息。
LIBS光谱分析系统由激光器、样品采集装置、光谱仪、数据处理软件等组成。
首先，激光器在样品表面产生高能量的激光脉冲，激活样品中的原子和分子。
然后，样品采集装置收集并导入发射光谱，并将光信号转化为电信号。
接下来，光谱仪对电信号进行光谱解析，将光信号分解为不同波长的成分。
最后，数据处理软件对获得的光谱数据进行处理和分析，从而得到样品中各种元素的定性和定量信息。
1.非接触性：LIBS是一种非接触性的光谱分析方法，能够对样品进行即时分析而无需样品的物理接触，避免了污染和损伤样品的可能性。
2.多元分析：LIBS不仅可以对样品进行定性分析，还可以对样品中各种元素的含量进行定量分析。
同时，由于LIBS可以同时测量多种元素，因此可以用于复杂样品的多元分析。
3.快速分析：LIBS能够在毫秒级的时间内完成一次光谱分析，因此非常适用于需要快速分析的场合。
4.可移植性：LIBS光谱分析系统体积小巧，便于携带和移动。
这使得LIBS可以应用于各种环境和场合，例如工业生产线、野外勘探等。
5.低成本：与传统的光谱分析技术相比，LIBS的设备和操作成本都相对较低。
这使得LIBS成为一种经济实用的分析方法。
总之，LIBS光谱分析系统是一种快速、准确、灵敏、经济的光谱分析方法。
随着技术的不断发展，LIBS在各个领域中的应用范围将会更加广泛，对于元素分析和材料表征等研究具有重要的意义。
激光诱导击穿光谱技术在煤炭工业中的应用
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激光诱导击穿光谱技术应用动态
分 析 仪 器
９
激光 诱 导 击 穿 光谱 技 术 应 用 动 态
马 艺闻 杜振辉 孟 繁莉 林 旺 徐可欣
（ 津 大 学 精 密 测 试 技 术 及仪 器 国家 重 点 实 验 室 ，０ ０ ２ 天 ３０７）
摘
要
激 光 诱 导 击 穿 光 谱 技 术 是 一 种 基 于原 子 发 射 光 谱 学 的 物 质 成 分 和 浓 度 分 析 技 术 。随 着 激 光 器 及 光
属合 金成 分 的检测 分析 。近年 的研 究主要集 中于如
度高， 可在 恶劣环 境条 件或是 远程 遥测 条件下 ， 现 实
多组 分 、 位 、 线 、 时 、 量检测 。 原 在 实 痕
何 降低基 体 效 应 、 高 分 析 精 度 及 降低 检 出 限 等 。 提
崔执 凤等 人 Ｅ 采 用 Ｌ Ｂ ８ ］ Ｉ Ｓ技术 对铅 黄 铜合 金 的激 光 诱导光 谱特 性进 行 了实验研 究 ， 析 了靶点 位置 、 分 激
ｌ 引 言
激光 诱 导 击 穿 光 谱 技 术 （ａｅ— ｄ ｃｄ ｂｅ ｋ １ｓｒ ｎ ｕ ｅ ｒａ — Ｉ ｄ ｗｎｓ ｅｔｏｃ ｐ ，Ｌ Ｂ ） 光 谱 分 析领 域 一种 崭 ｏ ｐ ｃｒｓｏ ｙ Ｉ Ｓ 是 新 的分析 手 段 Ｉ 。 自 １ ６ １ ］ ９ ２年 Ｂ ｅｈ最 先 提 出 了用 ｒｃ 红宝 石微 波激射 器诱 导产 生等 离子体 的光谱 化学 方 法后 ， Ｉ Ｓ技术 被 广 泛应 用 于 固体 、 体 和 气 体 等 ＬＢ 液 各个领 域＿ 。该技 术基 于原 子光 谱 和离 子 光谱 的 ２ ］ 波长 与特定 的元 素一 一 对 应 ， 而且 光谱 信 号 强 度 与 对 应元 素的 含量具 有 一 定 的量 化 关 系 ， 用 高 功率 利 激光 与物质相 互作 用 产 生 瞬态 等 离 子 体 ， 并采 用 光
激光击穿光谱技术的原理与进展
T 3/ 2 N D 1.72 10 1 / 2 ne
9
在典型LIBS条件下，离子的贡献可以忽略 ，上式变为
1 / 2
ne 2 w 16 10
LIP的电子温度
在等离子体局部热平衡LTE情况下，相同原子的两条谱线的强度
1 2 I1 Ag 1 1 1 exp I 2 A2 g 2 2 k BT
实验方法
典型系统
典型远程系统
平面光栅光谱仪
中阶梯光栅光谱仪
利用交叉色数，光谱仪具有高 分辨率与色散率，且体积较 小，是便携式 LIBS 中优先采 用对象。一个用于宽带样品分 析的中阶梯光栅的光谱仪，光 谱范围通常190——800nm。
/ 2500 ~ 10000
等离子体成像
LIBS 的特点
特点： ——对固体、液体、气体和气溶胶都有很好的取样分析能力； ——具有快速的元素分析能力，对分析样品不需或只要稍作预处理，从而增加了 检测通量，也更加方便和减少了污染发生的机会； ——取样量很少，一般是 数十 ng至数百 g。对样品不会产生实质性损损伤； ——能分析难以溶解与分解的坚硬物质，如陶瓷与超导体； ——局域的微区分析提供~1-100 m 的空间分辨能力； ——具有多元素同时分析能力；能分析包括 C, H, Li, B 及 Be 的轻元素(Z<12)； ——具有远程的分析能力。LIBS 本质上是全光型技术，只要能对材料光学访问就 可进行分析； ——具有潜在的直接检测气溶胶(气体介质中的固体或液体粒子)能力。 不足： ——成本与系统复杂性的增加； ——难以获得适当的分析标准(半定量)； ——干涉的影响(包括基体干涉，气溶胶干涉，粒子尺度的干涉)； ——检测限不像解决技术问题那样容易建立； ——精度差，一般为5-10%； ——受高能激光脉冲的眼损伤的可能。
激光诱导击穿光谱安全操作及保养规程
激光诱导击穿光谱安全操作及保养规程
近年来，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术在各领域得到广泛应用，
其非接触、高精度、高灵敏度的特点备受关注。
然而，由于其带有激
光器的操作特性，安全操作和保养规程是十分必要的。
安全操作规程
1.勿直视激光束。
高能激光束对眼睛的损伤是无法逆转的，
为了保护视力，操作人员需持续佩戴防护眼镜，操作完毕后方可
脱下。
2.保持设备周围区域整洁清爽，防止跌落、碰撞等意外事件。
3.操作人员需要全程关注设备状态，尤其是在激光运行期间，
应始终注意激光照射位置。
4.设备停止工作之前，应先关闭激光器，转动电闸切断电源。
切勿让激光器闲置在开放的状态下。
保养规程
1.定期检查设备各部件的紧固程度是否合适，以及各个电缆
的接触是否紧密正确。
2.清洗激光器及相关元件时，使用温和的清洁剂，切勿硬物
清洗。
3.定期更换激光器灯管，并对灯管进行检查和清洁。
建议更
换灯管的间隔时间不超过6个月一次。
4.安装设备后，对光学元件进行校准，保证出射激光符合技
术要求。
一旦需要重新安装设备，也应重新进行元件校准。
5.对于设备的保养管理，建议尽异官方技术人员的支持。
他
们可以提供更广泛的咨询、高效的保养方案和校准服务，确保设备运行状态稳定、高效。
总结
激光诱导击穿光谱技术的应用广泛依赖高能激光，而激光操作的安全性和设备的保养管理则是安全使用和设备性能保持的关键。
通过明确的安全操作和保养规程，可以将技术的优势发挥到极致，同时也为操作人员提供了良好的安全操作环境。
激光诱导击穿光谱法
激光诱导击穿光谱法
激光诱导击穿光谱法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）是一种非破坏性分析技术，通常被用于材料分析、环境监测、医疗、冶金、地质学等领域。
LIBS原理是利用高能量激光束将样品表面蒸发并形成等离子体，等离子体中的原子或离子因为受到激光能量的刺激开始跃迁并发射出特定波长的光谱信号，这些信号可以被收集并用于对样品进行分析。
使用LIBS的优势在于能够对样品进行非接触式的分析，不需要预处理样品且无需样品加热或待分析物质具有特定形状或大小。
此外，它还可以添加其他手段，如成像、时间及空间分辨率控制等，广泛应用于很多领域。
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。
激光诱导击穿光谱技术
word激光诱导击穿光谱的原理、装置与在地质分析中的应用摘要激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在开展中的对样品中元素成分进展快速、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)技术和开展现况以与这项技术的应用情况，在课堂学习和相关根底实验的根底上，通过查阅相关文献和书籍进展了分析、整理、归纳。
文章从LIBS的由来、根本原理和实验装置进展了综述，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 Spectroscopyandits Application in Geological AnalysisABSTRACTLaser-induced breakdownspectroscopy(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 prehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology,the current development status of LIBStechnology 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 LIBSare 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 InducedBreakdown 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)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)激光诱导击穿光谱技术的应用现状 (5)激光诱导击穿光谱技术在地质方面的应用 (5)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 (7)结果分析 (8)激光诱导击穿光谱技术的优点 (8)激光诱导击穿光谱技术的局限 (8)6结论 (8)参考文献 (9)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。
基于激光诱导击穿光谱技术的中药材天麻成分定性分析
基于激光诱导击穿光谱技术的中药材天麻成分定性分析摘要：利用Nd：YAG激光器输出的1064 nm激光对中药材天麻样品进行烧蚀产生激光诱导等离子体，获取了波长范围195-435 nm的天麻等离子体光谱，并对光谱进行了标定。
关键词：激光诱导击穿光谱技术天麻定性分析1 引言激光诱导击穿光谱技术（Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）是利用高能量激光脉冲，在样品表面形成激光等离子体，采用光学系统采集发光信号，经光谱仪分光，ICCD记录光谱信号，通过光谱分析而定性或定量得到样品中所含元素的原子发射光谱分析技术。
在最近的几十年，激光诱导击穿光谱技术发展很快，激光诱导击穿技术作为一种便宜、快速、有用的分析工具已经被广泛的研究，该技术被用于分析固态、液态、气态样品物质的元素组成[1-4]。
在本文中，运用激光诱导击穿光谱技术对中药材天麻的固态样品进行了定性分析。
2 LIBS实验装置与样品制备实验所用LIBS系统装置如图1所示，一台基频1064 nm、脉宽8 ns、重复频率10 Hz的Nd：YAG激光器（DCR-3D，Spectra Physics），通过5 cm焦距的聚焦透镜，聚焦在样品表面并产生激光等离子体。
再通过10 cm的石英成像透镜，激光等离子体被1：1成像于光栅光谱仪的入射狭缝上（Shamrock SR-500i，diffraction grating of 2400 groves/mm）。
光谱仪的出口安装有电感耦合探测器ICCD（iStar-DH734-18f-03，Andor technology）。
数字延迟脉冲发生器（DG535，Stanford Research system）被用来使激光与探测器同步，同时控制初始等离子体与探测器之间的延迟时间。
利用分辨率为0.1 mm的三维平移台，样品的运动被实现，这样激光烧蚀的每个点都是新点，同时避免在样品靶表面形成深坑。
激光诱导击穿光谱技术发展与应用
激光诱导击穿光谱技术发展与应用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种近年来随着激光和光谱检测技术的发展而兴起的对元素定性和定量分析的技术，本文主要讲述该技术的研究现状，发展方向以及在环境污染检测、生物医学、植物学、空间探测和军事等诸多领域的应用。
标签：激光诱导击穿技术（LIBS）原理LIBS应用LIBS发展趋势及前景一、基本原理激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）是用高能量脉冲激光烧蚀材料，使材料表面的微量样品瞬间气化形成高温、高密度的等离子体，发射出带有样品内元素特征波长的等离子体光谱，谱线的波长和强度反映了样品中的元素组成及含量。
激光诱导击穿光谱技术基于原子光谱和离子光谱的波长与特定的元素一一对应的关系，而且光谱信号强度与对应元素的含量也具有一定的量化关系，通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品成分的类别和含量信息。
二、激光诱导击穿光谱技术的研究发展LIBS技术作为一种物质成分检测方法，虽然相比于电感耦合等离子体发射光谱等光谱检测技术在精确度和灵敏度方面尚有不足，但是LIBS技术的样品需求量少并且无需预处理，对固体、液体、气体、非导电材料和生物样品等各种材料都适用，可同时探测多种元素。
为了将LIBS技术进一步向实用化方向推进，提高LIBS探测的可靠性、经济性和准确性，目前研究重点集中在对收集光谱信号的优化上，如增强光谱线信号强度、提高信噪比、降低基体效应、提高探测限等方面。
三、LIBS技术应用1.环境检测由于近几十年的工业发展，城市建设等因素导致环境污染日益严重，尤其是重金属污染、水体富营养化等越来越引起人们的重视。
这就迫切需要一种快速、原位、远距离、无需制样的技术来实现对环境污染物质的检测和监测。
LIBS 可以满足上述要求，可以检测分析任何形态的物质元素（液体，气体，固体），在对水体污染，危险有害废物，气体气溶胶污染物质的检测分析，定量计算等方面都有很广阔的應用前景。
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。
激光诱导击穿光谱技术在液体中的研究进展
激光诱导击穿光谱技术在液体中的研究进展作者：甘兰萍来源：《报刊荟萃（上）》2018年第02期摘要：激光诱导击穿光谱技术是一种利用高功率激光作用于物质表面激发等离子体信号，进而对元素进行定性、定量检测的有效途径。
本文介绍了LIBS技术的原理，双脉冲相对于单脉冲的优势，重点讨论了该技术在液体样品方面的技术发展和应用，并分析比较了液体内部、液体表面、液体喷流、液滴以及将液体转化为固体的优势，LIBS技术在液体中的检测方面还具有重大的应用潜力。
关键词：光谱学；激光诱导击穿光谱；液体；元素检测一、激光诱导击穿光谱技术简介激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）是一种最为常用的激光烧蚀光谱技术，是典型的一种能够实现在线、无损、快速的物质成分检测方法。
其工作原理是利用高功率激光经透镜聚焦在气体、液体或固体样品上，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量，就会在局部产生等离子体，称作激光诱导等离子体；通过光学收光系统对激发的等离子体中的原子和离子发射特征光谱进行收集，再通过光谱仪测量这些特征谱线的波长和对应的光谱强度，进而实现对物质成分进行定性和定量分析。
由于这种等离子体局部能量密度及温度相当高，因而可用于取样、原子化、激发及离子化等工作。
用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号，从理论上可以根据发射光谱的强度进行定量分析。
LIBS突出的优势在于检测速度快、破坏性小，无需样品制备或只需对样品进行简单的物理制备，可用于有毒和有害环境以及远程实时多元素同时检测，且不受样品形态的影响，可广泛应用到固体、液体、气体的元素分析中。
基于这些优势，使得LIBS技术在环境污染的痕量分析研究中受到越来越多的重视。
由于单脉冲LIBS的检测限、稳定性等方面还不能真正满足实际应用的需要，对于如何提高LIBS技术检测的灵敏度和稳定性的问题成为了很多课题组的研究重点，继而出现了多种有关激光诱导击穿光谱在各个领域的探测新技术，双脉冲激光诱导击穿光谱技术的产生就是其中之一。
激光诱导击穿光谱技术在煤质检测中的应用概述
激光诱导击穿光谱技术在煤质检测中的应用概述摘要：我国煤炭资源丰富、种类多样，除部分优质煤种适宜作为炼焦煤之外，大多数煤种都被用来做动力煤。
近年来各种煤质在线检测的快速分析方法相继被开发，但这些技术普遍存在技术复杂、分析对象单一的问题。
激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)技术是基于激光与物质相互作用的新型分析技术，最常用于固态样品的分析，具有应用于电厂煤质在线检测的极大潜力。
在我国，煤炭是应用最广泛的能源资源。
其中，火力发电厂入厂原煤变化范围大，传统检测手段检测时间长，难以满足火力发电厂使用要求，尤其是在用电旺季，入厂煤的检测结果还没有出来就已经进入燃烧锅炉，检测的数据不能够指导生产，轻则造成能源的浪费，严重则会造成锅炉熄火事故，甚至会由于燃烧工艺调整不及时造成锅炉损坏，对操作人员人生安全造成隐患。
传统的煤质检测根据不同的检测成分、不同的煤种采用不同的测定方法：全水分的测定一般采用甲苯蒸馏法或干燥法；煤质的发热量国内外均采用氧弹热量计法测定；灰分的测定是在马弗炉中将煤样灰化并灼烧；测定挥发分是煤质分析中技术难度最大的一项，采用灼烧法测量。
传统手段检测煤质耗时较长，检测一个样品的所有数据需要专业技术人员3~4小时的时间。
而且在较长时间段的采样率低、采样代表性差，通常不能代表整个时间段燃烧的煤质，这样既不能对煤质的燃烧起到指导意义，同时还可能使得电厂对这一时间段的燃煤进行错误的估计，造成燃料的损失，不能最大化经济效益。
因此，火电厂急需精确的煤质在线检测技术，对煤质进行快速、准确的分析。
目前采用的煤质在线检测技术，一般分为三大步骤：采样、制样、检测。
其中，能否得到准确的检测分析结果是煤质快速检验和指导电站锅炉燃烧优化提供的必要条件。
煤质在线检测技术是将煤样组分测量手段及仪器设备相结合，实时监测入炉煤或入厂煤的煤质组成成分，主要测量分析的内容包括工业分析和元素分析。
激光技术在水处理中的应用探索
激光技术在水处理中的应用探索水，是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。
然而，随着工业化进程的加速和人口的增长，水资源受到了越来越多的污染，如何有效地处理污水成为了全球面临的重要挑战。
在众多的水处理技术中，激光技术作为一种新兴的手段，正逐渐展现出其独特的优势和潜力。
激光技术的原理基于其高强度、高单色性和高方向性的特点。
激光束能够聚焦到极小的区域，产生极高的能量密度，这使得它能够对水中的污染物进行精确的处理。
在水处理领域，激光技术主要有以下几种应用方式。
激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种用于检测水中污染物成分的有效方法。
通过向水样发射高能量的激光脉冲，使其产生等离子体，然后分析等离子体发射的光谱，就可以确定水样中所含的元素种类和浓度。
这种技术具有快速、原位、无需复杂样品预处理等优点，能够对水中的重金属、有机物等污染物进行实时监测。
激光光催化技术则是利用激光激发半导体催化剂，产生具有强氧化能力的活性物种，如羟基自由基，从而将水中的有机污染物分解为无害物质。
与传统的光催化技术相比，激光具有更高的能量密度和更好的聚焦性能，可以提高光催化反应的效率和选择性。
激光蒸发技术可以用于去除水中的挥发性有机物。
在激光的作用下，挥发性有机物迅速蒸发并与水分离，从而达到净化水质的目的。
这种方法对于处理含有低浓度挥发性有机物的水样具有较好的效果。
此外，激光还可以用于水处理中的杀菌消毒。
高强度的激光能够破坏细菌和病毒的细胞结构，使其失去活性，从而有效地杀灭水中的微生物。
与传统的化学消毒方法相比，激光消毒具有无二次污染、操作简便等优点。
然而，激光技术在水处理中的应用也面临一些挑战。
首先，激光设备的成本较高，限制了其在大规模水处理中的广泛应用。
其次，激光技术的处理效果受到多种因素的影响，如激光参数、水样的性质等，需要进行深入的研究和优化。
另外，对于一些复杂的水质问题，可能需要结合其他水处理技术才能达到理想的处理效果。
为了推动激光技术在水处理中的应用，需要进一步加强相关的研究和开发工作。
激光诱导击穿
激光诱导击穿（LIBS）光谱技术LIBS 的工作原理激光弧光光谱（LASS）、激光诱导等离子光谱（LIPS）或者更常见的叫法激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱，它使用脉冲激光器作为激发源。
它的基本原理请参见下面的示意图。
脉冲激光器(比如调Q的Nd:Y AG激光器) 的输出激光脉冲被聚焦到被测物体的表面。
仅使用小型激光器和简单的聚焦透镜，就可以在激光脉冲的持续时间内（典型值是10ns）使被测材料表面的激光功率密度超过1GW/cm2。
LIBS 原理示意图在如此之高的激光功率密度作用下，被测材料表面就会有几微克的物质被喷射出来，这个过程通常被称为激光剥离，同时材料表面还会产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10,000oC 。
在这个热等离子体中，喷射出来的物质离解成激发态的原子和离子。
在激光脉冲结束后，由于等离子体以超音速向向外扩展所以迅速地冷却下来。
在这段时间内，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并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分析，就可以得到被测材料的元素构成信息。
在测量时要使用带门控的探测器来记录激光脉冲延迟一段时间后所产生的激光等离子体的光辐射，这是由于只有在等离子体已经膨胀并开始冷却时才会出现原子或者离子的特征辐射谱线。
从下面的光谱图中展示了在不同的探测器采样时间延迟下得到的锝的特征辐射谱线，从中可以看出在快门延迟10 微秒时得到的谱线强度最大。
对任何材料的真正无损检测由于在测量过程中只消耗极微小的一部分材料，所以LIBS技术可以说是真正意义上的无损检测。
由于入射到样品上的平均功率还不到1W ，所以激光对样品的加热效应基本上可以忽略不计。
从理论上讲，利用LIBS技术可以对任何材料进行元素分析，不论它是什么物理状态：固态、液态、气态和各种混合物如煤泥、泥浆、矿石、废料、污水等都曾经被成功地分析过。
固体、气体和液体的LIBS 分析远程分析能力由于LIBS技术实质上是一个全光学的技术，只需用光接触被测样品即可完成分析。
LIBS激光诱导击穿光谱方案
LIBS安道尔的LIBS解决方案概述一个短的激光脉冲被聚焦到一个样品的表面，产生等离子体。
一个好的高斯分布的激光聚焦到一个点可以接近衍射极限。
聚焦的越紧，越小的激光能量来产生激光诱导。
通常只需几十毫焦耳的能量。
等离子体发射大于2球面度，所以一个快速的f/1镜头可以收集更多的光线。
有时，用一个截止滤光片来滤除入射激光的散射，然而，由于入射激光和信号光被很好地时间分辨，滤光片很少需要。
LIBS通常使用中阶梯光谱仪。
用于样品的宽范围分析，系统用中阶梯光谱仪提供高分辨率和宽波长范围的组合。
也可以把激光传递到样品然后用光纤收集信号。
LIBS的门控要求不是很严格。
门时间和几微妙的延迟是典型的，因此一个慢门ICCD是合适的。
该系统通常可以在内部触发模式操作，通过控制器板触发激光器和延时发生器。
等离子体发射的强度通常足够高，可以用单扫描模式很好地记录光谱。
一个典型的实验配置如下所示：LIBS光谱可以通过多种激光器产生，但是通常用准分子或脉冲Nd:YAG激光器。
高强度激光脉冲和样品相互作用产生等离子流，等离子流随着入射激光撞击点的时间不断变化。
激光脉冲通常持续5到20纳秒。
等离子流通过探测系统被收集和探测。
通常，收集时距离样品远一点以减少自吸收效应和表面效应。
等离子体打破了样品的化学键，使其组成的元素离子化。
光谱发射是组成激发态的弛豫的结果。
在第一个100ns观察到的光谱主要是连续的、强烈的白光辐射，因此没有离散线可以观察到。
等离子体流随着时间和物质变得更松散扩展。
大约从入射激光脉冲1秒钟之后，来源于各种离子的离散线开始变得可见。
下面的光谱表明光谱线随时间的变化。
精确时和光谱线随样品、距等离子体的距离和入射激光的波长，但通常等离子体的演变和它里面的变化发生在微妙尺度。
LIBS是一种确定固体、液体、气体的元素组成有用方法。
LIBS技术，一个高功率激光脉冲被聚焦到样品产生等离子体或激光火花。
从等离子体里的原子和离子的发射被透镜和光纤收集并且被光谱仪和门探测器分析。
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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。
自从1962年该小组成员Brech最先提出了用红宝石微波激射器来诱导产生等离子体的光谱化学方法之后，激光诱导击穿光谱技术开始被广泛应用于气体、液体和固体等各个领域[1,2]。
近三十年来，激光诱导击穿光谱测量技术在各行各业都有不同程度的应用。
早期，运用LIBS装置研究如何提高测量精度；到上个世纪九十年代中期开始出现了便携式半定量的成品仪器，LIBS仪器开始向经济型方向发展，其运用也更加广泛[3-5]。
当前的激光诱导击穿光谱技术主要应用于冶金[6]和矿业[7]、燃烧[8,9]、水[10]和土壤污染[11-14]、空气污染和环境监测、艺术品及染料鉴定等行业，尤其是在工业环境恶劣的领域如矿业、冶金等方面的应用更突显出该方法的优越性。
本文是从激光诱导击穿光谱的原理、实验装置的组成以及各部分的作用方面进行了介绍，并着重综述了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的矿石的元素分析、土壤中某些元素的分析和对煤炭中元素分析三个方面进行了综述。
激光诱导击穿光谱检测过程简单快速，物质蒸发和激化可一次性完成，实现真正的快速分析，而且可以同时对多种元素进行分析。
激光诱导击穿光谱技术基于原子光谱和离子光谱的波长与特定的元素一一对应的关系，而且光谱信号强度与对应元素的含量也具有一定的量化关系，激光经透镜聚焦在样品表面，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量时，就会在局部产生等离子体，称作激光诱导等离子体。
等离子体随着向外界环境膨胀过程而逐渐冷却，并发射表征样品组分信息的光谱，利用光电探测器和光谱仪对等离子体发射光谱进行采集。
通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品组分的类别和含量信息。
以下为激光诱导等离子体发射谱线的形成过程。
图1-1激光诱导等离子体发射谱线的形成过程(a)多光子电离形成等离子体。
(b)轫致辐射及电子自由跃迁形成的宽带发射，主要是等离子体中各元素的电离线形成的连续的背景谱线，这个过程需几百纳秒。
(c)能级跃迁形成的谱线发射，谱线强度与元素浓度成正比。
该过程通常持续几微秒，是进行元素定量分析的重要环节。
3.1 激光诱导击穿光谱的实验装置激光诱导击穿光谱的实验装置系统主要是由激光器、真空室、光谱仪和PC机组成。
图2-1激光诱导击穿光谱系统示意图3.1.1 激光器激光诱导击穿光谱技术是在激光器发明之后才慢慢发展起来的一项测试技术。
激光器作为激光诱导击穿光谱必不可少的一部分，从它的发明到现在几十年来，激光器已经有了很大的发展。
目前用于激光诱导击穿光谱技术的激光器主要有以下四种。
红宝石激光器、钇铝石榴石激光器、气体激光器、准分子激光器。
这些激光器一般都能提供1000mJ左右的脉冲能量，瞬时激光功率可以达到1-200MW。
如果再利用聚焦镜把激光汇聚到样品上，其产生的能量足以将固体直接气化产生等离子体。
在激光诱导击穿光谱技术装置系统中，最常用的激光器是脉冲调Q的钇铝石榴石激光器。
这种激光器产生的脉冲宽度大约是在6-15ns之间，能够满足激光诱导击穿光谱系统对激光能量的需要。
而且，钇铝石榴石激光器易于实现小型化，有利于激光诱导击穿光谱系统的便捷化。
3.1.2 光谱仪在激光器之外，作为最终光谱的探测收集的装置，光谱仪也是激光诱导击穿光谱技术装置系统中另外一重要的设备。
光谱仪是用来测定光的波长、能量等性质的仪器，一般使用棱镜或衍射光栅和光电倍增管等组成，按波段区域分，一般有红外线、可见光、紫外线、微波、X射线光谱仪等不同波段的光谱仪；按分光元件的不同，可以分为干涉光谱仪、棱镜光谱仪和光栅光谱仪等；按探测方式来分，有直接用眼睛观察的分光镜，用感光胶片记录的摄谱仪，以及用光电或者热电元件探测光谱的分光光度计等。
在棱镜或者衍射光栅的作用下，由于不同波长的折射系数的不同，一束不可区分的不同波长的光在空间位置上被分散成不同波长的光。
而利用光电倍增管或者CCD等器件，可以探测出各种不同波长光的强度。
3.1.3 真空室真空室中有两个石英窗口，一个石英窗口是激光入射窗口，另一个是光谱仪收集等离子体特征谱线的窗口。
真空室由真空腔和串联的机械泵、分子泵组成，可抽至0.0001Pa。
依据实验的需要将样品暴露在大气中或者置于真空室内，由激光器发射出的激光束经聚光镜I聚焦后聚焦到样品上，激光仪以45°角入射到样品上，聚焦的激光束在样品的表面激发出等离子体，等离子体辐射出来的特征光谱经聚光镜II聚焦后由光纤送入光谱仪中，再通过光谱软件在PC机上获得并且分析光谱数据。
4 激光诱导击穿光谱在地质分析中的应用4.1 激光诱导击穿光谱技术的应用现状近年来，随着激光器和光学检测设备的发展，激光诱导击穿光谱技术的应用研究已经成为各个领域研究热点。
LIBS技术凭借其自身的独特优势逐渐深入应用到各个行业中，不仅在物质材料或是痕量元素的分析领域得到广泛应用，而且在环境污染的实时监测、冶金行业、材料加工的在线控制等领域的应用中也得到迅猛发展。
激光诱导击穿光谱技术也在地质分析方面也有着广泛的应用，包含了对矿石进行快速、准确的检测，对煤炭的灰度、含硫量、含磷量和含氮量等指标的测量和对土壤中重金属元素含量的检测等方面。
4.2 激光诱导击穿光谱技术在地质方面的应用4.2.1 激光诱导击穿光谱技术对土壤中Cr 和Pb元素定量分析2012年，陈金忠等[13]利用激光诱导击穿光谱技术对土壤中Cr 和Pb元素进行了定量分析。
实验采用波长为1064nm，输出能量200mJ，脉冲宽度10ns，重复频率15Hz的Nd:YAG 激光器，激光束用f=100mm的石英透镜聚焦于样品上，焦点位于样品表面以下6mm处。
为保证对样品的激发条件稳定，实验将制备好的圆片形土壤样品固定在由马达带动的以163 rps匀速转动旋转架上。
在大气压力下的Ar环境气氛中形成激光诱导等离子体。
采集光谱时，每个样品激发三次，光谱数据取三次的平均值，通过等离子体原子发射光谱法，以Fe原子谱线为内标、分析线背景为内标和没有内标的3种情况下绘制元素定标曲线，分析结果的精密度和准确度。
结果表明，3 种情况下分析元素Cr的相对标准偏差分别为5.85%、26.48%和33.10%，元素Pb 的相对标准偏差分别为5.42%、22.78%和38.66%，这一试验结果证明了采用内标法可以明显地提高测量精度。
采用Fe 谱线为内标时所得到的元素Cr和Pb的相对检出限分别为3.50×10-3%和57.90×10-3%，满足微量元素分析要求，降低了元素分析的检出限。
2008年，周卫东等[14]利用激光诱导击穿光谱技术对土壤中Cr 和Pb元素进行了定量分析。
实验采用波长为1064nm，最大单脉冲能量200mJ，脉冲宽度10ns，激光工作频率1Hz的Nd:YAG激光器，采用探测波长范围200-500nm的多通道小型光纤光栅光谱仪。