应用LIBS技术对砂岩型铀矿进行元素分布测量......（一）
应用LIBS技术对砂岩型铀矿进行元素分布测量（Mapping）和伴生分析
矿物岩石的研究中，传统的地学分析仪器对于贫矿石元素检测较为困难：例如光学显微镜、电子探针、电子扫描显微镜、LIF或XRF技术等。主要原因是矿物中的金属相较小（μm），或者其中的胶态组分中元素难以检测，或者二者兼有；并且要经过相当复杂的预处理。此外，这些传统地学分析仪器不能进行原位测量或者非接触式测量。
本例中的砂岩型铀矿主要成分是石英、粘土基质及辅助矿物(如氧化物、硫化物或碳酸盐)；其成矿作用是成矿液体侵入晶裂空隙或者与石英砂间的黏土基质反应的结果。对其中的U元素进行分析，困难在于：
§ 元素分布很不均匀，有价值的信息经常隐藏于样品某一小区域内；
§ 矿石中的U、Zr、Ti、Nb呈不规律的伴生或者隔离分布，难以检测到有效信息，但是其伴生分布信息对于矿业科学来说非常关键；
§ 颗粒体积（μm）小；
§ 一些金属相为胶态。
而LIBS元素分析技术，是当前克服上述困难最为有效的、满足实验需求并且最具有应用前景的技术。此外，无须样品预处理、实验方法快速简便，可以同时检测元素周期表中所有元素，灵敏度高，可以对元素的样品表面空间分布做Mapping---都是传统方法无法比拟的优势。
事实上，LIBS技术在地学中的应用正在突飞猛进的发展，例如人们已经将其应用至矿石污染物或者杂质的分析，原位定性、定量分析，矿石产地分析，甚至在火星科学实验室“好奇号”漫游者早已将LIBS技术应用于火星岩石7 m远距离分析。
铀矿检测的常规办法及其检测能力一览
| 分析方法 | 非接触测量 | 元素扫描 mapping |
| ICP-MS | 否 | 否 |
| ICP-AES | 否 | 否 |
| XRF | 否 | 可 |
| Raman 光谱分析 | 可 | 可 |
| LIF | 可 | 可 |
| Gamma 射线光谱分析 | 可 | 否 |
| LIBS | 可 | 可 |
AtomTrace是欧洲工程技术中心（CEITEC）的唯一衍生公司，公司成员均为布尔诺大学激光光谱与化学分析实验室的科研人员。实验室起始于1997年，在LIBS应用技术研发领域具有近20年的深厚经验，其研制生产的Sci-Trace LIBS元素分析系统获得捷克国家2016年年度最佳合作奖冠军。而在此之前，AtomTrace团队曾在欧洲LIBS元素分析大赛中斩获第一名的优异成绩！
现今AtomTrace为全球唯一上市的激光光谱分析公司！
使用SciTrace，便意味着得到了全球顶尖的专业团队技术支持和实验室合作。
AtomTrace 团队SciTrace 地学应用发表文献
Čelko, L. ; Gadas, P. ; Häkkänen, H. ; Hrdlička, A. ; Kaiser, J. ; Kaski, S. ; Modlitbová, P. ; Novotný, J. ; Novotný, K. ; Prochazka, D. ; Sládková, L. Detection of fluorine using laser-induced breakdown spectroscopy and Raman spectroscopy, [J] Journal of Analytical Atomic Spectrometry (2017), DOI: 10.1039/C7JA00200A
Hrdlička, A. ; Kaiser, J. ; Klus, J. ; Novotný, J. ; Novotný, K. ; Prochazka, D. ; Škarková, P. ; Vrábel, J. Impact of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy data normalization on multivariate classification accuracy,. [J] Journal of Analytical Atomic Spectrometry (2017), DOI: 10.1039/C6JA00322B
Jakub Klus, Petr Mikysekd, David Prochazka, Pavel Pořízka, Petra Prochazková, Jan Novotný,Tomáš Trojek, Karel Novotný, Marek Slobodník, Jozef Kaiser., Application of self-organizing maps to the study of U-Zr-Ti-Nb distribution in sandstone-hosted uranium ores, [J] Spectrochimica Acta Part B 131 (2016) 66–73
Burget, R. ; Kaiser, J. ; Klus, J. ; Mašek, J. ; Modlitbová, P. ; Novotný, J. ; Novotný, K. ; Prochazka, D. ; Rajnoha, M., Multivariate classification of echellograms: a new perspective in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy analysis, [J] Scientific Reports (2017), DOI: 10.1038/s41598-017-03426-0
Brada, M. ; Kaiser, J. ; Klus, J. ; Novotný, J. ; Novotný, K. ; Prochazka, D. ; Vítková, G. , Assessment of the most effective part of echelle laser-induced plasma spectra for further classification using Czerny-Turner spectrometer, [J] Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy (2016), DOI: 10.1016/j.sab.2016.09.004
Jakub Klus, Petr Mikysekd, David Prochazka, Pavel Pořízka, Petra Prochazková, Jan Novotný，Tomáš Trojek, Karel Novotný, Marek Slobodník, Jozef Kaiser, Multivariate approach to the chemical mapping of uranium in sandstone-hosted uranium ores analyzed using double pulse laser-induced breakdown spectroscopy, [J] Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy (2016) 143–149, DOI: 10.1016/j.sab.2016.08.014
尽管LIBS元素分析技术的优势确定无疑，但对于一些特定样品特定元素的检测仍存在挑战。本案例中，AtomTrace团队应用SciTrace LIBS系统独特的双激发、反应室气压控制、系统控制和数据分析处理LIBS技术，对砂岩型铀矿进行元素高分辨率Mapping分析，突破如下：
§ 通过双激发的特殊方式，大大提高LIBS分析的稳定性、可重复性，同时减小烧蚀坑的直径从而提高Mapping分辨率；
§ 砂岩型铀矿LIBS分析谱线中，铀元素特征谱线非常复杂并且密集；同时谱线较宽造成特征谱线干扰，通常使用的光谱仪的分辨率难以检测；这些因素导致整体背景辐射信号高，清晰可辨的铀元素特征谱线为数不多；本研究应用AtomAnalyzer谱线分析软件的不同算法进行尝试，识别矿石中元素的最佳谱线分析波段并处理数据，得到U元素最为有效的特征谱线及其Mapping图像；
§ 更为重要的是，元素Mapping的分析检测方法，能够使我们了解矿物相的分布；并且基于其分布的相关性，得知矿物相伴生或者隔离的分布情况。同时了解砂岩形成过程中的金属元素累积规律。
§ AtomTrace开发的AtomAnalyzer光谱数据分析处理软件中内置的改进的PCA算法，将本案例中海量谱线数据分析处理耗时减小了85%；内置的SOM算法，获得了在复杂地质样品中常规计算方法难以获得的元素分布信息，比如在U空白或者低丰度区域中Si的分布信息，并且减除谱线数据过多维度以简化运算；
§ 全部实验过程使用AtomTrace自行研发的控制软件，对二次激发、操作台移动、光谱检测进行精准时序控制，对Mapping路径和测量位置进行精准预定义。还可通过该系统进行3D剖面测量。配套光谱数据分析处理软件AtomAnalyzer可对选定分析元素进行在线Mapping结果显示。
实验方法及分析结果：
首先应用XRF技术，对整个样品进行元素分布扫描，扫描分辨率为1-2mm。找到铀元素丰度较高区域。下图展示U元素丰度空间分布：
A：样品图像70×44mm；B：U元素的样品表面分布Mapping；
红框区域为接下来应用LIBS进一步分析区域(15 × 15mm)。
