J200 LIBS系统在长时间连续测量过程中的重复性

前言

LIBS（激光诱导击穿光谱）是一种化学元素分析技术，是基于短脉冲激光聚焦样品表面产生等离子体的光学检测，其应用历史悠久，始于上个世纪60年代。

过去的十年中LIBS仪器在可靠性和重复性等方面有了突飞猛进的发展。LIBS技术已在许多领域得到应用，包括冶金，节能材料、薄膜、土壤、法医学、生态学和环境等领域的样品分析。2012年LIBS系统被美国宇航局放置到好奇号火星车上，成为Chemcam传感器的一部分，这标志着LIBS技术里程碑式的成就。此后，LIBS系统不断将有价值的土壤和岩石元素组成信息发送回地球。LIBS 技术的优点包括分析快度（秒级），固体样品直接分析，几乎覆盖所有元素，包括轻元素和非金属元素如 H，C，N，Li，o 和卤素等。这些元素通常用其他技术较难分析。因此，LIBS 是许多工业测量应用的理想选择，包括生产过程中的质量控制（QC）。质量控制需要可靠的仪器，产生可重复的日常测量结果。J200 LIBS是美国ASI公司的第三代LIBS系统，提供了无与伦比的长期重复性。本研究中，对NIST SRM Zn标准物质进行长时间的持续分析。采用多变量分析法和质量控制图表软件，对定量分析结果进行监控，以证明J200LIBS系统良好的可重复性。

实验方法

采用ASI公司的J200 LIBS 系统：

266 nm Nd:YAG激光 (ns) CCD 检测器(EC型号) Axiom 操作软件

FlexTM 样品室输入氦气或氩气

样品: NIST SRM 625 - 630 Zn合金

数据分析采用J200 LIBS系统自带的数据分析 _{J200 LA-LIBS系统}软件


分析结果

J200 LIBS 系统提供的光谱范围从 190–1040 nm，可以测量 NIST 样品中的每种元素。研究的第一天，分析 NIST SRM 625-630（锌合金）以创建铜和铝的校准曲线。NIST SRM 630 作为质控样品（参考样品）在 23 个工作日（1 个多月日历日）中每天都被分析。

下图是 NIST SRM 630 锌合金的 LIBS 光谱，显示其主要元素组成。
 
 
 
对于定量分析，用户可以选择单变量分析，对个别发射谱线做传统峰值积分。另外，用户还可以基于 LIBS 光谱化学计量学，进行多变量分析，如下图所示，为铝和铜的多变量校准曲线。校正模型的质量由R2值和均方根误差（RMSECV）来决定。每个标准样品的Cu和Al校准曲线精度范围从2.5–4.3% RSD。

 
质量控制检查（每日QC检查）是通过分析对比NIST SRM 630样本和预先制定的校准曲线来进行的。第一天创建的校准曲线用来计算“每日QC检查”的浓度，并通过质量控制软件跟踪这23天的结果。下图中的红线代表NIST 630标样中Cu（0.976%）和Al（4.30%）的参考值。

分析结果平均精度Cu 0.993±0.018 %（1.9% RSD）和Al 4.38±0.12 %（2.7% RSD），该图还说明测量值基本在参考值±10%的范围。在23天的时间里铜和铝的总体准确度分别是+1.7 %BIAS和+1.9 %BIAS。
 
 
 
总结

J200 LIBS 系统的稳定性通过连续 23 个工作日持续对 NIST SRM Zn 合金分析，所达到的准确度(< 2 %BIAS)和精度 (< 3 %RSDs)所证实。这些分析持续了一个月，代表了 J200LIBS 系统的典型再现性能。LIBS 系统可以为工业质量控制提供可靠性能。J200 LIBS 系统具备可靠的硬件设计，提供稳定可重复的日常持续测量。系统还配备了一套校准模型，用于高效的定量分析。直观的 QC 图表软件提供实时的预定统计误差内的产品化学特征。总之，J200 LIBS 系统诠释了 LIBS 技术强大的分析性能。