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激光诱导击穿光谱技术工作原理和优势

更新时间:2024-05-16      点击次数:103
  激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱的分析技术,用于识别和定量分析材料中的元素成分。这种技术的显著特点是使用高能量的脉冲激光束来烧蚀(蒸发或剥离)样品表面的微小区域,产生等离子体,然后通过分析等离子体发射光谱来确定样品中存在的元素种类及其浓度。
  工作原理如下:
  1. 激光烧蚀:在LIBS过程中,首先使用一个高功率的脉冲激光器(通常是纳秒级或飞秒级的),其激光束被聚焦到样品表面。激光的能量密度足够高,以至于能够瞬间将样品表面的物质加热到高温,导致材料的迅速汽化、电离,形成一个由电子、离子和中性原子组成的等离子体。
  2. 等离子体发射:随着等离子体的冷却,其中的电子和离子开始重新结合,原子从激发态跃迁到低能态时释放出光子。这些光子形成了特定波长的光,即特征发射线,每种元素的发射谱线是不可替代的,因此可以作为该元素的指纹。
  3. 光谱收集与分析:使用光谱仪(通常包括光栅或棱镜分光器和探测器,如光电倍增管或电荷耦合器件CCD)来收集等离子体发出的光。光谱仪将这些光分散成不同波长的光谱,然后记录下来。通过对这些光谱进行分析,可以确定样品中存在的元素以及它们的相对含量。
  4. 定量分析:通过比较样品光谱中的特征发射线强度与已知标准或校准曲线,可以实现对元素的定量分析。这通常涉及到复杂的数据处理和校准过程,以补偿矩阵效应、烧蚀效率变化和其他可能影响结果准确性的因素。
  LIBS技术的优点包括:
  - 快速分析:LIBS可以在几秒钟内提供分析结果。
  - 无需或少需样品准备:对于固体样品,通常不需要复杂的前处理。
  - 多元素分析:能够同时检测多种元素。
  - 非接触式测量:激光可以从远处照射到样品上,适用于难以接近或危险环境的样品分析。
  - 在线和实时分析能力:可以集成到生产线上,实现过程监控和质量控制。