激光诱导击穿光谱（LIBS）分析技术的发展趋势

激光诱导击穿光谱（LIBS）分析技术的发展趋势

        趋势一：便携
近年来，随着工业节能减排的要求，以及环境污染事件频发、食品**等一系列问题，快速检测仪器受到了极大的关注。针对**和国防工业和突发事件的快速响应需求，环境监测和地质在线监测的需求，以及历史文化遗产对不可移动物质鉴定的需求，LIBS技术无样品预处理、多形态分析，无辐射。危害的优势已成为现场检测技术*新发展的热点，便携性无疑是该技术的一大发展趋势。这类仪表不仅需要考虑仪表集成度、稳定性等基本指标，还需要考虑能耗、抗振、工作环境等问题。
无论是IVEA的手持式LIBS，还是TSI的车载小型LIBS仪器，都是基于现有仪器的微型化仪器。此外，Oxford 的手持仪器已经可以通过电池进行控制，并且可以在五秒内对钢样品进行分类。定性地说，这是LIBS商业化的一大进步，值得所有应用型研究团队学习。至于国内的LIBS技术，还多是实验室研究设备，需要复杂的参数调整和严格的测试环境。在此背景下，我们的分析仪器研究中心团队实现了便携式激光诱导击穿光谱仪器的国产化。便携式激光光谱分析仪（LIBS）和体积更小、重量更轻的手持式LIBS仪器，更适合现场样品的快速分析：手持式激光光谱分析仪（LIBS Mini），几秒钟就可以到位对固体、液体甚至气体形式的物质进行完整的在线元素分析，因此该类型的便携式仪器可用于地质、环境、**、古董、冶金、表面处理和电子设备的现场分析。
趋势二：专业化
在实际应用中，要摒弃“一机多用”的思维模式，不仅浪费资源，而且往往使仪器无法达到*佳使用效果。针对不同的使用需求，开发各种有针对性的实用工具。专用仪器的使用成本和检测精度将得到有效提高。对于具体的检测对象和检测指标，关键是要有大量稳定可靠的校准模型，以及模型维护和二次开发能力。以牛津 mPulseTM 为例。它抓住钢材的分类作为应用点并使用聚类分析，尽管它受到限制它扩大了LIBS技术的应用范围，但同时也降低了仪器成本，提高了测量速度和精度。只有与用户进行有效的沟通与协作，才能真正实现LIBS技术的专业化。例如，我们分析仪器研究中心的LIBS仪器就是基于成熟的便携式LIBS系统。根据实际需要，对仪器的硬件参数和软件操作进行改进和升级。同时，建立了LIBS技术用于岩性识别的方法体系，利用化学计量学方法开展了基质标定研究，探索了地层样品LIBS元素定量-半定量分析模型部分。
趋势三：核心部件研发创 新
国家对国产科学仪器的发展给予了高度重视和资金支持，核心部件的性能对仪器整体性能的提升至关重要。光栅是光谱仪的核心部件，光栅雕刻集精密机械和光学技术于一体。但是，目前我国大部分光栅、探测器、扫描装置等元器件都依赖进口。因此，积极采用和自主研发国产零部件，将极大地促进*终成型仪器的商业化和产品的竞争力。光电倍增管探测器；用于光谱分析的多维固体探测器——线阵和面阵 CCD 探测器；高光罩密度、高光通量全息光栅；梯形闪耀光栅；高强度短弧氙灯-连续光源等。国内自主产品很少，或相应的质量和性能不如国外产品。重要的是，仪器的成本往往取决于相关组件的成本。如果仅仅依靠装配和装配技术，永远无法掌握真正的核心技术，也难以形成具有国际竞争力的产品。反过来，LIBS技术的蓬勃发展不仅对技术本身具有积极意义，而且极大地推动了零部件国产化进程。不少业内人士呼吁大家关注仪器核心部件的发展。在这一点上，我们的LIBS研发团队也对此有了深刻的认识。
趋势四：分析方法**
只有简单的光谱远远不能满足工业分析的需要。简单的线性拟合方**受到矩阵效应等因素的影响。对于分类方法，固定参数在实际应用中也会由于外部矩阵的变化而造成较大的误差。大多数 LIBS 分析软件依赖于光谱学仪器的操作只是获取元素的光谱，然后使用第三方软件进行处理；或通过改变*小参数来达到定性测定的要求。可以说，没有合适的分析方法的LIBS仪器只是一堆硬件。只有加入分析方法论、统计算法等，才能实现LIBS技术的有效应用。这也是国外现有LIBS技术的通病。它的操作不是太复杂就是太简单，需要用户自己考虑的部分太多。为此，我们的研发团队在分析参数的变化和软件的简化方面完成了自动化实验平台的研发，实现了原位物质的瞬时定性和快速定量，并结合了光谱特征的识别和校准方法。线。该设计为整个LIBS实验过程的自动控制奠定了坚实的基础。
趋势五：技术结合
近年来，由于激光光谱仪器组件的融合，技术发展的一个主要趋势是将其与其他检测技术相结合，如LIBS多元素检测能力与拉曼技术的结合或荧光检测能力的结合。分子水平上的技术，可以获得更**的材料成分信息。我们建议开发具有原子光谱和分子拉曼光谱的LIBRAS（激光诱导击穿拉曼光谱）系统，以实现激光光谱仪对样品中元素和物质类型的识别和量化。这是分析技术的一次重要飞跃，正在推进分析测试。技术方面将是革 命性的。此外，结合传统的富集方法或**的信号增强技术也是当前LIBS技术研究工作的一个重要方向。随着网络技术的发展，分析仪器、移动网络和云技术的结合对于远程测试、远程控制等实际应用具有重要价值，其潜力不容忽视。
趋势 6：遥测
目前，使用纳米脉冲激光器可以对固体目标进行远距离测量，距离可达100米左右。通过使用有效的聚焦透镜对激光束进行远程高聚焦，实现了远程等离子体激发和收集。随着LIBS仪器的成熟，未来可能会安装在遥控航母上，完成空中、地面甚至水下的检测任务。以火星探索为例。在航空航天应用中，不可能将探头固定在某个点上。应用LIBS技术，可以在非接触远距离条件下获得岩石测量结果。因此，继火星探测器ChemCam之后，LIBS技术再次被选为金星探测的仪器。
趋势七：提高可靠性
可靠性是分析仪器的灵魂和生命线。对于目前的LIBS系统来说，可靠性仍然是发展中亟待解决的问题之一。此外，在完善仪器的过程中，必须进行一系列的可靠性设计分析工作，做好可靠性试验和验证工作。*紧迫的任务是建立可靠的检测范围和实验方法，巩固和提高其定量分析的实用性，尽快制定完整的检测标准，得到业界的认可，扩大LIBS的应用范围。速度*快的技术。为此，我们的研发团队在对激光等离子体空间分辨率特性的初步研究的基础上，创造性地改进了仪器的光学采集系统，保证了信号采集效率的提升，增加了仪器的灵敏度，采用了光学技术。 .采用单脉冲双光束激发的LIBS技术的进步，可以有效避免等离子体的屏蔽效应，使*终的激光能量受外界环境干扰因素的影响显着降低。

综上所述，LIBS技术的发展呈现出跨越式发展的势头，其研究热点主要集中在更高的灵敏度、更高的准确度、更好的选择性、更高的自动化程度和仪器化。在小型化和智能化方面。