激光诱导等离子体光谱技术及应用

1、天津陆海万国自动化系统科技发展有限公司 2015年12月16日CONTENTS 什么是什么是LIPS/LIBS？ Laser-induced plasma spectroscopy 简称简称LIPS,激光诱导等离子体光谱激光诱导等离子体光谱 Laser-induced breakdown spectroscopy 简称简称LIBS,激光诱导击穿光谱激光诱导击穿光谱激光诱导击穿光谱法的原理 激光诱导击穿光谱技术基于原子光谱和离子光谱的波长与特定的元素具有一一对应的关系，而且光谱信号强度与对应元素的含量也具有一定的量化关系。 激光经透镜聚焦在样品表面，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量时，就会在

2、局部产生等离子体，称作激光诱导等离子体。激光诱导击穿光谱法的原理 等离子体随着向外界环境膨胀过程而逐渐冷却，并发射表征样品组分信息的光谱。 利用光电探测器和光谱仪对等离子体发射光谱进行采集。 通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品组分的类别和含量信息。美国宇航局喷气推进实验室于2009年发射的火星科学实验室（Mars Science Laboratory简称MSL），搭载LIPS仪器ChemCam，用于火星岩石成分的快速实时分析。近年来，随着高功率脉冲激光光源、分光系统、探测器件、高时间分辨测量技术、以及光谱数据处理软件的迅速发展，LIPS分析机理研究不断深入，应用的领域逐

3、渐增多。 国内LIPS技术相对起步较晚，目前虽有一些高校及科研单位从事LIPS技术的研究，但大部分仍偏向于理论及方法的探索，如对激光等离子体的产生机理，以及激光脉冲宽度，脉冲能量，环境气体成分，压强大小，延迟时间等试验条件对等离子体的影响等方面进行了一定研究，研究目的多为对基础理论的探讨与改进。作为高新技术产业，国内没有相应的自主研发及集成的技术企业，相关产品均来自国外。 L LIPSIPS激光元素分析特点及应用激光元素分析特点及应用LIPS方法与其他元素分析技术比较方法与其他元素分析技术比较 便携化 专用化 核心零部件研制和创新 分析方法的创新 技术联用 遥测遥控 1、技术优势：国内行业领先

4、 2、价格优势：高性能价格比 3、研究深入：定量精确分析有突破突发环境事件应急监测系统 LIBS激光元素分析仪 +ATV全地形越野车车载LIPS激光元素分析仪目前工作重点：土壤重金属监测突发环境事件应急监测系统 该系统采用激光诱导等离子体光谱技术，利用激光作为激发源，搭建元素光谱测量系统，可以对固体、液体、气体中的几乎所有元素做快速定性定量分析，在突发环境事件中能够快速对空气、水体、土壤、食品、物品、建筑、植被、生物样品等进行检测，快速判断环境是否受到污染，并确定污染元素。 激光诱导击穿光谱的应用研究进行得最早、最深入的是环境领域，LIBS 主要用于探测水、土、空气中重金属，监控水、土、空气的

5、污染状况。LIBS 可实现实时快速分析土壤中的Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb 和Zn 等7 种重金属元素，与用直读光谱仪的测量方法比较,误差都不超过6%。 （1） 利用激光特有的性能，可实现远程、实时、在线元素检测。 （2） 仪器体积相对较小，适用于现场分析、可在恶劣条件下进行测定。 （3） 可用于各种形态的固体、液体甚至气体分析，而且无需繁琐的样品前处理过程，分析简便、快速。 （4） 可测定难溶解的高硬度材料，对样品尺寸要求不严格，且对样品的破坏性小，实现微损甚至近于无损检测，样品消耗量极低(约0.1g-0.1mg)。 （5） 分析时间短，从激光脉冲发射到信号收集的整个过程仅仅需要毫秒级别的时间。 （6） 可进行多元素同时检测。1.由经典的化学分析向仪器分析发展； 2.由手工操作向连续自动化迈进； 3.微量分析（0.01%1%）向痕量（0.01%）、超痕量发展； 4.由污染物成分分析发展到化学形态分析； 5.仪器的联合使用和电子计算机化。环境监测系统发展方向和长期目标深入研究LIPS技术，创新分析方法，依靠科技创新与技术进步，实现无人机空中采样和水下潜航器采样，完善空气环境和水体环境的重金属检测分析方法，构建LIPS立体生态环境监测分析系统，提高生态环境监测立体