LIBS理论和应用指南

激光诱导击穿光谱(Libs)是一种原子发射光谱,其使用激光蒸发或消融样品表面的微观层。

由该激光消融工艺引起的所得等离子体在冷却时发光。然后通过收集光,然后用光谱仪进行分析,然后进行定性和定量材料分析。

这种几乎无损光谱分析方法在几种物理科学领域具有有价值的应用。欧洲杯线上买球与其他可用的分析方法相比,LIBS中存在许多优势,并且证伪被认为是用于制定定制的LIBS系统的可信赖合作伙伴。

什么是libs?

LIBS是一种物质分析的方法,其使用非常短的脉冲激光(通常是Nd:YAG 1064nm激光)在样品表面中激发颗粒。欧洲杯猜球平台这种激光的这种激发导致化学键的击穿,并产生蒸气,高温导管和气溶胶颗粒。

等离子体是激光烧蚀中产生的电离气体,其能够达到高达15000摄氏度的温度,但快速冷却。在冷却阶段期间,等离子体产生光,当检查时,揭示光谱峰值,就像化学指纹一样。周期表上的所有元素都在200-900nm光谱范围内发光,并将有自己独特的光谱签名。这种光谱签名是指理论基础,使科学家能够使用Libs测量来实现材料量化和资格。

可以用光纤收集等离子体产生的光,然后将其输送到光谱仪以进行光谱表征。然后,光谱仪将光谱数据传送到计算机控制系统以进行数据分析和处理。

在参考光谱可用时,比较对Spectra引用的样本可能相对简单。更常见的是,必须使用各种多变量分析过程检查LIBS光谱,以提供定量和定性测量。然后,对于任何应用程序都有自己独特的校准曲线,测试和验证依赖对真实世界应用的基本假设的理论模型。

当附图标准数据不可用或样品的组成未知时,已经开发了用于无校准方法的方法。这些方法涉及多个快速采样,并且通常应用模拟概率最佳的数学模型。

还开发了单脉冲Libs方法的变化。使用第二脉冲对某些应用具有常见,具体地具有液体测量。在双脉冲方法中,第一激光脉冲在第二脉冲进一步激发等离子体中产生微量等离子体填充气泡,以产生更强烈的测量光。

LIBS测量的优点

LIBS被认为是一个非常有用的研究和分析工具。LIBS分析非常通用,因为它可以在任何材料上使用,无论是液体,固体或气体,还会用单一脉冲检测样品中的任何和所有化学元素。Libs在检测铍,氦气,锂,氧气和氮气等光元素的检测中特别敏感,其不能通过其他分析方法容易地检测。

与许多其他调查工具不同,LIBS光谱需要很少没有样品制备。这种缺乏样品制备支持现场应用和实时,原位libs测量。

另外,由于每个脉冲的样本量(μg至ng)如此小,因此可以假设在样品表面上几乎是无损性的。然而,它具有足够的敏感性,以在分辨率下测量到单个晶粒(低于10μm)并且足够强大以在固体样品中钻入微观火山口,以靶向小型矿物包容物或个体颗粒。

LIBS在物理科学中的应用程序欧洲杯线上买球

研究人员Lebedev和Shestakov在激光仪器和技术研究所,Ustinov,俄罗斯圣彼得堡,开发了一系列实验,证明了Libs光谱识别固体的使用。研究人员记录了使用Q开关二极管泵浦ND3 + -YAG激光发射20-100MJ的使用,并且重复的一代达到30Hz和10ns的脉冲持续时间。

lebedev的系统对激光激光配对AvaSpec-ULS2048-USB2光谱仪通过自身。AvaSpec-ULS2048包括超低跨越对称的胫骨腹转音仪,具有线性2048像素阵列CCD检测器。该光谱仪主要选择用于Libs测量,特别是在阵列或多通道配置中。

通过阵列中的每个通道测量具有非常高分辨率的光谱(几百纳米)的短区域。AvaSpec-ULS2048光谱仪在物理科学中的许多应用中使用,从冶金和地质到环境和气候科学测量,以及来自世界各地的科学家依赖于对LIBS测量的Avantes光谱仪。欧洲杯线上买球

矿物质,岩石,沉积物和土壤分析

矿物质是大多数土壤和岩石的基本构建块,地球上有超过4,000多种矿物质。要了解化学成分至关重要,以了解任何土壤或岩石体的形成和特征。Libs测量的现场能力和准备采样解释了为什么这种光谱技术通常在地质的许多不同区域中使用。欧洲杯线上买球

LIBS光谱用于西班牙马拉加附近的Nerja洞穴中石笋和镁的特征。研究人员分离出从洞穴中获得的斯派中锶(Sr),镁(Mg),锰(Mn),铁(Fe)和钙(CA)的沉积物1

深海分析

在Libs测量中产生的短激光脉冲,当聚焦液体时将导致介电击穿,并且即时加热产生爆炸性膨胀,导致气蒸气泡。

当使用通过水吸收能量的激光脉冲聚焦到液体中的激光脉冲和由于微泡和颗粒引起的衍射和散射时,光谱排放不太强烈。欧洲杯猜球平台等离子体也以快速的方式淬火。当在液体中进行Libs分析时,第二脉冲Libs方法特别有用。

开发深海LIBS方法的研究人员必须克服环境条件构成的困难。高压,包括光谱发射强度和能量输入要求,影响若干光谱参数。

然而,最近的发展导致Libs Spectrowopy Systems的开发额定到3000米以下的海平面,并测试到1000米2

污染监测

气候和环境测试和监测是需求的领域。LIBS系统已经为不间断的,在线监测,用于天然水道中的工业污染,污染是一个问题3.

极地冰研究

LIBS技术也用于高山冰川和极性冰的研究。在地球历史中千年形成的冰川冰,从冰形成时捕获了粒子和空气。欧洲杯猜球平台利用LIB学习冰核样品的组成有助于了解大气二氧化碳作用(CO2)地球的气候4.

宇宙探索

利用无需校准(CF-LIBS)方法,LIB广泛用于调查陨石等外星体的太空探索5.。客人还可以预期将未来任务中的中心阶段占据阵地。在未来的火星任务将能够通过完整的化学和矿物分析来了解火星生态学将是至关重要的6.

LIBS的工业应用

这是一个既定的事实,Libs是一个高度重视的研究工具,但即使在工业环境中,这种测量技术也具有重要的应用。

半导体

金属合金和金属用于在半导体部件中传递电信号。需要薄膜涂层和施加到晶片的基板来制造这些越来越复杂的装置。

这些通常在几百纳米厚的薄膜沉积在处理之前和之后的硅晶片上,例如热循环以加强它。LIBS可用于半导体晶片和涂层表征和质量控制。

宝石学

作为一种微量破坏性技术,LIBS可以用于宝石的验证和表征。激光束整形允许微观消融材料,使得测量光斑尺寸的直径为50微米。欧洲杯足球竞彩

LIBS完美满足了冶金和采矿业的要求。没有样品制备的高速取样的可能性在提取和加工过程中可以在金属合金和矿石中分析。Avantes Evo Electronics Platform实现高速USB3,或与控制系统的千兆以太网通信非常适合此类应用。

LIBS开发

像其他其他技术一样,在过去的10年里,在过去的10年内经历了加速进步,并将继续发现未来的新应用程序并使用。Avantes是一位关键的全球参与者在设计和制造高质量的LIBS光谱仪中,很高兴成为未来几年的理想伴侣。

资源

  • 哈雷塞尔;理查德Russo和Richard Hark(2013年)。激光诱导击穿光谱对地球化学和环境分析的应用:全面审查。原子光谱体积87,P 11-26。访问2017年4月15日。https://goo.gl/lbmusp.
  • Lebedev,Vyacheslav Fedorovich和A.A.Shestakov(2010年)。快速自由Libs在激光仪器和技术研究所的激光烧蚀过程研究所识别固体,Ustinov,俄罗斯圣彼得堡。技术大学,圣彼得堡,俄罗斯;莫斯科物理与技术大学,莫斯科,俄罗斯。访问2017年4月15日。
  • Lebedev,Vyacheslav Fedorovich(2015)。激光凝血击穿光谱法Mg2siO4:Cr锂的定性分析。ITMO大学,俄罗斯圣彼得堡。访问2017年4月15日。
  • 激光诱导击穿光谱https://en.wikipedia.org/wiki/laser-indured_breakdown_spectroscopy.

脚注

六濑武士;I. Vadillo,F. Carrasco和J.J.Laserna(1997)使用激光诱导击穿光谱法的镁镁和锶的空间分布型材。Fresenius分析化学杂志。VOL 361,P 119-123。访问2017年4月16日。

2桑顿,布莱尔等人。(2015)深海激光诱导击穿光谱仪的发展,用于原位多元素化学分析。深海研究第1部分:海洋学研究论文。第95卷,2015年1月,P 20-36。访问2017年4月16日。https://goo.gl/y2oqjj.

3 Arca,G .;A. CIUCCI;V. Palleschi;等等。(1996)激光诱导击穿光谱技术检测液体污染物。地球科欧洲杯线上买球学与遥感研讨会,1996。IEEE。访问了16.apr.2017。https://goo.gl/9gcxax.

4Lüthi,D。等。2008. EPICA圆顶C冰核800万年二氧化碳数据。IGBP页面/世界数据中心古表情病学数据贡献系列#2008-055。NOAA / NCDC古表情病学计划,美国博尔德公司。从橡树岭国家实验室,美国能源部获得二氧化碳信息分析中心。2017年4月16日访问。这是由二氧化碳信息分析中心维护的危险研究,其中一部分世界古叶病学,国家海洋和大气管理数据中心(NOAA)并将停止截至2017年9月30日的业务,超越该时间的保存将取决于DOE的数据过渡。

5 Gaudiuso,ROSALBA(2010)激光诱导的击穿光谱,用于环境,文化遗产和空间应用中的元素分析:方法和结果综述。传感器2010;第10卷7434-7468。访问2017年4月16日。https://goo.gl/q7qupz.

6个Patel,M.R .;M.C.联乡;等等。(2003)MARS表面的微型UV / Vis光谱仪。exo-Astrobiology的第三欧洲研讨会。西班牙马德里。访问2017年4月16日。https://goo.gl/osxalz.

7 Galmed,A.H .;A.K.Kassen等人。(2011)在分析金属薄膜半导体界面中使用Femtosecond Lib的研究。应用物理学B 2011年1月,第102卷是1,P 197-204。访问2017年4月16日。https://goo.gl/i3glwi.

8 Darwiche,Sarah;M. Benmansour,等。(2012)激光诱导的光伏硅晶片分析击穿光谱。光伏研究和应用的进展卷20是4. 2017年4月16日访问。https://goo.gl/mpv1rq.

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