背景：我國煤炭的儲量占*三，人均儲量卻僅僅接近世界中等水平。但是我國煤炭的消耗量處于世界前列。煤的元素分析是評價煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)，對合理利用煤炭資源具有指導(dǎo)意義，傳統(tǒng)的煤炭分析方法耗時很長，更不能得到實(shí)時的結(jié)果反饋，因此在煤炭出廠和煤炭燃燒時都不能進(jìn)行快速的檢測。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)作為一種快速成分分析手段，可以實(shí)現(xiàn)燃煤生產(chǎn)和使用的在線實(shí)時監(jiān)測。

本例中，一束高強(qiáng)度的脈沖激光聚焦在樣品表面產(chǎn)生等離子體，通過對樣品激發(fā)出的等離子體光譜的采集和分析，即可實(shí)現(xiàn)煤粉中多重元素的同時探測和分析。

使用設(shè)備：

Nd：YAG激光器（1064nm，200mJ），焦距50mm，檢測器使用四通道MX2500+，3個HR2000+，組合1個Maya2000 Pro，波段范圍為170-655nm+880-1034nm。

什么是激光誘導(dǎo)激光光譜系統(tǒng)？

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)是一種原子發(fā)射光譜儀?？梢詫滔唷⒁合嗪蜌庀嗷w中幾乎所有元素進(jìn)行定性和定量的分析。不同于傳統(tǒng)的檢測方法如ICP-OES或者XRF，LIBS在檢測過程中無需進(jìn)行復(fù)雜的樣品制備。為了達(dá)到這個目的，LIBS采用高能量聚焦脈沖激光光束將樣品激發(fā)至等離子態(tài)，對產(chǎn)生的對應(yīng)元素發(fā)射譜進(jìn)行分析。元素發(fā)射譜的波長與元素的種類直接相關(guān)，而元素譜線的強(qiáng)度則和元素的含量相關(guān)。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)特點(diǎn)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)系統(tǒng)在進(jìn)行元素分析的時候，需要樣品量極少，對樣品的破壞性??；具有自清潔能力，幾乎不需要樣品制備；可以實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時在線分析；具有遙測能力，可實(shí)現(xiàn)有毒、強(qiáng)輻射等惡劣環(huán)境中的遠(yuǎn)距離、非接觸性測量；具有ppm量級探測靈敏度，可對痕量元素進(jìn)行探測。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜產(chǎn)品構(gòu)成：

多通道光譜儀MX2500+，憑借其高效的外部同步時鐘，*的協(xié)同了所有通道實(shí)現(xiàn)精確的延遲采集，準(zhǔn)確的在原子激發(fā)輻射突出時采集到完整的原子譜線信號。同時，MX2500+可以應(yīng)客戶的需求在180-1037nm的范圍內(nèi)自由的配置光譜儀的通道數(shù)量和覆蓋范圍，系統(tǒng)自帶的高效時鐘可以*的同步所有通道，并同時實(shí)現(xiàn)精確觸發(fā)兩臺外部設(shè)備。（如激光器或微波增強(qiáng)設(shè)備）

激光器：常使用Nd:YAG激光器，激光器的脈沖寬度一般為納秒量級，能夠在極短時間內(nèi)在極小面積上集中大量能量，作為系統(tǒng)激勵源，將樣品表面微量物質(zhì)剝離并激發(fā)出等離子體。

樣品倉：密閉穩(wěn)定的倉式結(jié)構(gòu)，一般會包含樣品平臺，激光聚焦和收光光路，氣體吹掃系統(tǒng)，成像系統(tǒng)，激光安全保護(hù)等配套裝置。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

• 可搭配穩(wěn)定高效的樣品倉系統(tǒng)
• 可升級光譜模塊
• 支持雙脈沖激光器
• 寬光譜高分辨力測量，180-1037nm范圍內(nèi)多達(dá)16384個像元
• 高觸發(fā)信號精度（±10ns）

應(yīng)用方向：

• 環(huán)境監(jiān)測（土壤污染，工業(yè)生產(chǎn)）
• 材料分析（金屬，煤炭，塑料）
• 醫(yī)學(xué)和生物化學(xué)（骨骼，牙齒）
• 安全（爆炸，生化武器）
• 藝術(shù)品鑒定（顏料，陶瓷，寶石）

LIBS系統(tǒng)應(yīng)用：

土壤&農(nóng)作物污染檢測：

2012年8月，海洋光學(xué)HR2000光譜儀搭建的激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)順利完成八個月的太空之旅抵達(dá)火星。美國國家航空和航天管理局(NASA)于2011年11月發(fā)射了裝載有海洋光學(xué)HR2000定制光譜儀的火星科學(xué)實(shí)驗(yàn)車--“好奇”號火星探測車，抵達(dá)后將對火星表面土壤成分進(jìn)行探測，使用的就是這種技術(shù)，隨著工業(yè)的發(fā)展，土壤污染也日益嚴(yán)重，從而會對植物，尤其是農(nóng)作物造成很大影響。

海洋光學(xué)的客戶使用MX2500+光譜儀組合樣品倉，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)使用激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)進(jìn)行土壤和農(nóng)作物中重金屬成分進(jìn)行研究，結(jié)合對應(yīng)重金屬元素的濃度標(biāo)定，可以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)元素在土壤和農(nóng)作物中的含量測量。由于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)無需樣品制備的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量，因此研究結(jié)果對未來的土地污染防治，農(nóng)作物生產(chǎn)方面起到很大的指導(dǎo)意義。

古玩鑒定：

在經(jīng)濟(jì)日漸繁榮的今天，古玩收藏已不再是文人雅士的，而逐漸成為人們經(jīng)濟(jì)生活的一部分。北京古玩城是亞洲zui大的古玩交易中心，北京古玩城古玩珠寶檢測修復(fù)中心的專家zui近將海洋光學(xué)的MX2500+激光誘導(dǎo)等離子體光譜分析儀引進(jìn)到古玩鑒定中，以實(shí)現(xiàn)更快、更準(zhǔn)確地鑒定古玩真?zhèn)蔚哪康摹?/p>

系統(tǒng)用極其微小的一束激光打在鑒定樣品上，通過接收激發(fā)的等離子體實(shí)現(xiàn)對微量樣品的光譜分析。該檢測對樣品的損傷是分子級別的（相對于把樣品放到桌子上產(chǎn)生的損傷還?。?；同時，MX2500+具有體積小巧、便于攜帶的優(yōu)勢。一直以來，中國的古玩鑒定一直依賴“白發(fā)”專家，MX2500+系統(tǒng)將為古玩鑒定專家?guī)砀叩臏?zhǔn)確性，使這個古來的行業(yè)煥發(fā)青春活力。

多通道應(yīng)用：

煤炭&金屬測量：

冶金行業(yè)屬于我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)。傳統(tǒng)的合金組份測量和都是在合金生產(chǎn)完成以后，對成品取樣、處理、制樣的方式進(jìn)行成分分析，速度較慢，一旦檢出結(jié)果不達(dá)標(biāo)，會報廢整批樣品，帶來很大的損失，MX2500+多通道光譜儀，作為一種靈活配置的設(shè)備，在合金生產(chǎn)過程的在線分析和質(zhì)量控制應(yīng)用上能夠大顯身手。

海洋光學(xué)提供了用于激光誘導(dǎo)擊穿光譜的完整系統(tǒng)部件。沈陽自動化所采用海洋光學(xué)的MX2500+進(jìn)行合金組份檢測研究，同時進(jìn)行了MX2500+用于合金定量分析的算法模型優(yōu)化，在優(yōu)化的模型下，進(jìn)行了合金元素的定性半定量分析和鋼水在線監(jiān)測分析。

煤炭作為我國zui重要的能源，同樣也存在類似鋼鐵行業(yè)的問題，傳統(tǒng)的煤炭分析方法耗時長，無論在煤炭生產(chǎn)或是使用中無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時的成分分析，尤其是對于其中部分成分（硫）含量的實(shí)時檢測無法實(shí)現(xiàn)，因而無法進(jìn)行實(shí)時的質(zhì)量控制。海洋光學(xué)的MX2500+組成的激光誘導(dǎo)擊穿光譜測量系統(tǒng)作為一種紫外波段特殊優(yōu)化的快速成分分析設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)從煤炭生產(chǎn)到煤炭燃燒各個環(huán)節(jié)的實(shí)時監(jiān)控。

等離子體發(fā)光測量：

MX2500+不僅僅可以組建激光誘導(dǎo)擊穿光譜系統(tǒng)，還可以用在各種各樣的原子光譜測量場合。例如電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）聯(lián)合使用，作為燃燒爐后端光譜采集設(shè)備。

寬波段、高分辨的多通道光譜儀MX2500+也是激光的測量的應(yīng)用中的一把利器。

大氣壓輝光放電過程中會生成等離子體，采用多通道光譜儀MX2500+測量等離子體，對使用大氣壓輝光放電的工作實(shí)現(xiàn)了實(shí)時過程監(jiān)測。

等離子刻蝕是半導(dǎo)體及微系統(tǒng)制造超大規(guī)模集成電路制造過程中的關(guān)鍵步驟，使用多通道光譜儀MX2500+實(shí)時監(jiān)測等離子體光譜，即可在刻蝕過程中精確的定位蝕刻終點(diǎn)，提升刻蝕的工藝水平。

技術(shù)參數(shù)

樣品倉

 應(yīng)用 二：

生物柴油火焰檢測

背景: 生物柴油（Biodiesel）使用植物油及動物脂肪與醇通過酯交換等工藝制備而成，原料來源包括油料作物，油料林木果實(shí)，地溝油等，因此又稱為再生性生物燃料，。生物柴油的燃燒產(chǎn)物幾乎不含硫化物，并能減少一氧化碳，碳?xì)浠衔锏任廴疚锏呐欧帕?，而且具有較好的潤滑性能，而被認(rèn)為是環(huán)保的生質(zhì)燃料。生物柴油國家標(biāo)準(zhǔn)中對生物柴油的乙醇含量有嚴(yán)格規(guī)定，以往通常采用氣相色譜法測定乙醇含量，步驟繁復(fù)，激光擊穿光譜法LIBS的出現(xiàn)為乙醇含量測定提供了新的思路。本例通過LIBS測定燃料的燃燒火焰光譜得到了乙醇含量與圖譜信息的相關(guān)參數(shù)，極大地簡化了測定乙醇含量的過程。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

雙頻脈沖Nd：YAG激光器（532nm，200mJ），焦距10cm，檢測器采用USB2000+，540-850nm，；生物柴油火焰使用商業(yè)化油燈（高度5cm，圓柱筒徑10cm）.

  圖1.LIBS火焰檢測示意圖.

 應(yīng)用三 激光誘導(dǎo)光譜儀檢測抗糖尿病藥物中的有效成分

背景:

植物療法在傳統(tǒng)的東方被高度的看重，大量用于醫(yī)療保健。民間的植物學(xué)研究將許多早先不為科學(xué)界所知的藥材推廣開來，其中針對糖尿病的草本治療就是一例。在古老的印第醫(yī)典中記載了上百種治療糖尿病的中草藥，然而在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)看來理解這些藥物中是在何種機(jī)制作用下達(dá)到了治療目的是非常重要的，而對于草本藥物中微量元素的探知是理解其治療機(jī)制的前提。本文采用LIBS激光轟擊光譜法分析微量元素，結(jié)合生物耐糖性實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了草本植物Withania coagulans和Cajanus cajan中抗糖尿病成分有效性的作用。

 實(shí)驗(yàn)過程

首先通過機(jī)械碾壓和萃取獲得W.coagulans和C.caja的提取物，以0.1g/ml的濃度配置成待測溶液，對小白鼠進(jìn)行耐糖實(shí)驗(yàn)，脈沖激光器Nd：YAG，焦距30cm，激光工作頻率1Hz，175mJ. 在樣品表面形成連續(xù)等離子體云，光纖45o接收等離子體的發(fā)射信息，并傳導(dǎo)至多通道LIBS2000（前三個通道分別為200-310nm，310-400nm，400-510nm，分辨率達(dá)到0.1nm，第四通道200-1100nm，分辨率為0.75nm）。