LIBS的工作原理(li)和(he)特征分(fen)析(xi)

           激(ji)光(guang)弧(hu)光光(guang)譜(pu)（LASS）、激光(guang)誘導(dao)等(deng)離子(zi)光譜（LIPS）或者更常見的叫法(fa)激光誘導(dao)擊穿(chuan)光譜(pu)（LIBS）是壹(yi)種(zhong)原子(zi)發射光譜，它(ta)使(shi)用(yong)脈(mai)沖(chong)激(ji)光器(qi)作為激發源。脈(mai)沖(chong)激(ji)光器(qi) ( 比如(ru)調Q的Nd:YAG激(ji)光器 ) 的輸(shu)出激光(guang)脈(mai)沖(chong)被(bei)聚(ju)焦到(dao)被(bei)測(ce)物體的表面。僅使用(yong)小型激光器和(he)簡單的聚(ju)焦透(tou)鏡(jing)，就(jiu)可以在(zai)激光(guang)脈(mai)沖(chong)的持(chi)續時間(jian)內（典型值是10ns）使被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)表面的激(ji)光功率密度超(chao)過(guo)1GW/cm2。

在(zai)如(ru)此(ci)之(zhi)高(gao)的激(ji)光功率密度作用(yong)下，被測材料(liao)表面就(jiu)會(hui)有幾微(wei)克(ke)的物(wu)質被噴(pen)射(she)出(chu)來(lai)，這(zhe)個過(guo)程(cheng)通常被(bei)稱(cheng)為激(ji)光(guang)剝(bo)離(li)，同時材(cai)料(liao)表面還會(hui)產生(sheng)壽命(ming)很短但亮(liang)度很高的等(deng)離子(zi)體，其(qi)瞬(shun)間(jian)溫(wen)度(du)可達(da)10,000℃。在(zai)這個熱等(deng)離子(zi)體中(zhong)，噴(pen)射(she)出(chu)來(lai)的物(wu)質離解成激發態的原子(zi)和(he)離子。在激(ji)光脈(mai)沖(chong)結(jie)束(shu)後(hou)，由於等(deng)離子(zi)體以(yi)超(chao)音速(su)向向外(wai)擴(kuo)展(zhan)所(suo)以(yi)迅(xun)速地(di)冷(leng)卻下(xia)來(lai)。在這(zhe)段時間(jian)內，處於激發態的原子(zi)和(he)離子從高(gao)能態躍遷到低(di)能態，並發射出具有特定(ding)波(bo)長(chang)的光(guang)輻(fu)射。用(yong)高靈(ling)敏度的光(guang)譜儀對這(zhe)些(xie)光輻(fu)射進行(xing)探測和(he)光譜分(fen)析(xi)分(fen)析(xi)，就(jiu)可以得(de)到被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)的元素(su)構成(cheng)信息(xi)。

在測量(liang)時要(yao)使(shi)用(yong)帶門(men)控的探(tan)測器來記錄(lu)激(ji)光(guang)脈(mai)沖(chong)延(yan)遲壹(yi)段(duan)時間(jian)後(hou)所(suo)產(chan)生(sheng)的激(ji)光等(deng)離子(zi)體的光(guang)輻(fu)射，這是由(you)於只有在等(deng)離子(zi)體已(yi)經膨脹(zhang)並開(kai)始冷(leng)卻時才(cai)會(hui)出現(xian)原子(zi)或(huo)者(zhe)離子(zi)的特征輻(fu)射譜線(xian)。

對材(cai)料(liao)的微(wei)損(sun)檢測(ce)
由於測量過(guo)程(cheng)中只消(xiao)耗(hao)極(ji)微(wei)小(xiao)的壹(yi)部(bu)分(fen)物質(zhi)，LIBS可以說(shuo)是真(zhen)正(zheng)的非(fei)破壞(huai)測(ce)量(liang)。由於入射到樣(yang)品(pin)上的平(ping)均功率(lv)還(hai)不到1W，激(ji)光(guang)對樣品(pin)的加(jia)熱也(ye)基本可以忽(hu)略不計。理(li)論上講，LIBS可以實(shi)現對(dui)任(ren)何物質(zhi)的元素(su)分(fen)析(xi)，不論它(ta)是(shi)什麽(me)物理(li)狀態。固體、液(ye)體、氣(qi)體甚(shen)至混合(he)狀態的，都(dou)可以分(fen)析(xi)。已(yi)經成功(gong)的分(fen)析(xi)過(guo)的樣(yang)品(pin)包括(kuo)了(le)軟(ruan)泥、泥漿、礦石、廢(fei)料(liao)、汙(wu)水(shui)等(deng)等(deng)。

遠程(cheng)分(fen)析(xi)能力(li)
由於LIBS技術實質上是壹(yi)個全光(guang)學(xue)的技(ji)術，只需用(yong)光接觸(chu)被測(ce)樣品(pin)即可完成(cheng)分(fen)析(xi)。所(suo)以(yi)LIBS技術可以用(yong)來進行(xing)遠程(cheng)分(fen)析(xi)。通(tong)常(chang)可以使(shi)用(yong)壹(yi)個望遠鏡(jing)系(xi)統(tong)在(zai)10米遠處(chu)進行(xing)分(fen)析(xi)，或(huo)者(zhe)使(shi)用(yong)光纖探頭在100米(mi)外(wai)進行(xing)分(fen)析(xi)。這(zhe)個特點使(shi)得(de)LIBS技術特別(bie)適(shi)合(he)對(dui)危險(xian)或(huo)高(gao)溫(wen)材(cai)料(liao)進行(xing)分(fen)析(xi)，或(huo)在(zai)非(fei)常惡劣的環境中(zhong)使用(yong)。

無需樣品(pin)預處(chu)理(li)
LIBS技(ji)術可以直(zhi)接對(dui)材(cai)料(liao)進行(xing)分(fen)析(xi)，而(er)不需要(yao)對(dui)材料(liao)做(zuo)任何預處(chu)理(li)。 但如(ru)果(guo)樣品(pin)表面塗覆有其(qi)他(ta)物質(zhi)（比如(ru)氧(yang)化(hua)的或(huo)者塗層的鋼材）時，則(ze)要(yao)用(yong)激光先把(ba)樣(yang)品(pin)表面的塗層清理(li)幹(gan)凈(jing)，把(ba)下(xia)面的被(bei)測材料(liao)暴露出來(lai)，才能對樣(yang)品(pin)做(zuo)分(fen)析(xi)。激(ji)光(guang)清除(chu)過(guo)程(cheng)的效(xiao)率取決於所(suo)要(yao)清除(chu)的材(cai)料(liao)種(zhong)類以及(ji)所(suo)激(ji)光能量。通(tong)常對(dui)於幾百(bai)微(wei)米(mi)厚(hou)的氧(yang)化(hua)物、油汙(wu)或(huo)者(zhe)塗層，使(shi)用(yong)壹(yi)個小巧(qiao)的低(di)功率(lv)激光器就(jiu)可以很快清除(chu)幹(gan)凈(jing)。此外(wai)，激(ji)光(guang)等(deng)離子(zi)體產(chan)生(sheng)的超(chao)聲震(zhen)波(bo)對(dui)去除半(ban)流體或(huo)者粘滯性(xing)汙(wu)物(wu)有(you)非常好的效(xiao)果。例(li)如(ru)，利用(yong) LIBS技術可以分(fen)析(xi)表面裹有幾厘(li)米(mi)厚(hou)的氫氧(yang)化(hua)鎂礦泥的金(jin)屬。

定(ding)量(liang)分(fen)析(xi)微(wei)量(liang)元素(su)
對LIBS系(xi)統(tong)進行(xing)定(ding)標(biao)後(hou)就(jiu)可以對(dui)基體材(cai)料(liao)中(zhong)的微(wei)量(liang)元素(su)進行(xing)定(ding)量(liang)分(fen)析(xi)，比(bi)如(ru)分(fen)析(xi)鋼材中(zhong)的鉻(ge)、鋁(lv)合(he)金(jin)中的鎂(mei)、玻璃中(zhong)的鐵(tie)、硫酸(suan)銅中的銅等(deng)。定(ding)標(biao)時要(yao)使(shi)用(yong)經過(guo)鑒(jian)定(ding)的樣(yang)品(pin)材料(liao)，這(zhe)個樣品(pin)材料(liao)與被(bei)測(ce)材料(liao)具(ju)有相同的基體，但含(han)有不同含(han)量的被(bei)分(fen)析(xi)元素(su)。在分(fen)析(xi)時通(tong)常(chang)采用(yong)所(suo)謂(wei)的“內部標(biao)準(zhun)化(hua)"的過(guo)程(cheng)，即把(ba)被(bei)分(fen)析(xi)元素(su)的譜(pu)線(xian)強(qiang)度(du)和(he)基體材(cai)料(liao)的譜(pu)線(xian)強(qiang)度(du)進行(xing)比較，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可以減(jian)少(shao)由於激光的脈(mai)沖(chong) - 脈(mai)沖(chong)能量不壹(yi)致(zhi)性(xing)所(suo)導(dao)致的等(deng)離子(zi)體條(tiao)件變(bian)化對測量(liang)結(jie)果(guo)的影響。要(yao)想(xiang)得到好的分(fen)析(xi)結(jie)果(guo)就(jiu)要(yao)對(dui)LIBS的硬(ying)件進行(xing)仔細(xi)的設(she)計並采用(yong)合(he)適(shi)的測(ce)量方(fang)法(fa)。LIBS系(xi)統(tong)測(ce)量的靈(ling)敏度與許(xu)多因素(su)有關：被分(fen)析(xi)物(wu)和(he)基體材(cai)料(liao)的結(jie)合(he)方(fang)式， LIBS系(xi)統(tong)和(he)被測樣品(pin)的距(ju)離，以及是否需要(yao)遙測等(deng)。LIBS系(xi)統(tong)測(ce)量結(jie)果(guo)的正(zheng)確(que)性(xing)可優(you)於10% ，精(jing)度(du)可優(you)於5%。

測量速度(du)快、非接觸(chu)測量(liang)
在許(xu)多情況下，只(zhi)用(yong)壹(yi)個激光(guang)脈(mai)沖(chong)就(jiu)可以進行(xing)樣品(pin)分(fen)析(xi)，所(suo)以(yi)LIBS系(xi)統(tong)能夠(gou)非常快速地(di)對(dui) 樣(yang)品(pin)進行(xing)快速分(fen)析(xi)。再加上可以非(fei)接觸(chu)測量(liang)的特點，使(shi)得(de)LIBS系(xi)統(tong)在(zai)廢(fei)金(jin)屬、合(he)金(jin)和(he)塑(su)料(liao)回(hui)收工業(ye)中(zhong)就(jiu)顯得(de)非(fei)常(chang)重要(yao)，此(ci)時 的被(bei)測樣品(pin)在傳(chuan)送(song)帶上飛速移動，需(xu)要(yao)系(xi)統(tong)的測(ce)量速度要(yao)非(fei)常快，再沒有其(qi)他(ta)技術比LIBS技術更適合(he)在(zai)這個領域應(ying)用(yong)了(le)。

分(fen)層結(jie)構(gou)和(he)表面塗層的深(shen)度輪廓分(fen)析(xi)
由(you)於激光可以以(yi)壹(yi)種(zhong)可控的方(fang)式來清除(chu)表面塗層，因(yin)此(ci)分(fen)層結(jie)構(gou)的深(shen)度輪廓分(fen)析(xi)可以用(yong)LIBS技術來進行(xing)。 在激光不斷“鉆(zuan)入(ru)"到被測(ce)材料(liao)中(zhong)的同時用(yong)光譜儀對其(qi)產(chan)生(sheng)的光(guang)輻(fu)射進行(xing)光譜測量，就(jiu)可以得(de)到被(bei)測(ce)材(cai)料(liao)的構(gou)成成分(fen)元素(su)隨(sui)深度(du)變(bian)化的函(han)數(shu)。通常(chang)這壹(yi)技(ji)術只能用(yong)於那些(xie)在典型LIBS系(xi)統(tong)中(zhong)激光器的參(can)數(shu)下比(bi)較容(rong)易去除的材(cai)料(liao)。比(bi)如(ru)在(zai)鋼材上鋅(xin)鍍(du)的過(guo)程(cheng)控制(zhi)中的成(cheng)分(fen)分(fen)析(xi)，探(tan)測(ce)油(you)漆中的重(zhong)金屬（鉛(qian)、鈾(you)、鈈(bu)等(deng)），檢測(ce)混凝土(tu)的成(cheng)分(fen)汙(wu)染(ran)等(deng)。

• 上壹(yi)篇(pian)：光譜(pu)輻(fu)照度(du)儀在紫外(wai)老化測(ce)量方(fang)面的應(ying)用(yong)
• 下壹(yi)篇(pian)：淺談怎麽利用(yong)光譜儀器測(ce)量物(wu)體表面的反(fan)射光線(xian)