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AvaLIBS激光诱导击穿光谱测量系统

2018.7.11

AvaLIBS激光诱导击穿光谱测量系统
AvaLIBS激光诱导击穿光谱测量系统，可以对固体、液体、气体中元素做快速定性定量分析。AvaLIBS的光谱分析范围是200-1070 nm，光学分辨率0.1nm（FWHM），检测灵敏度达到ppm级。特点 : ● 宽光谱，高分辨率光谱分析（波长范围200-1070 nm，光学分辨率0.1 nm） ● 快速定性定量分析 ● ppm级检测灵敏度 AvaLIBS工作原理激光诱导等离子光谱（LIPS）或者更常见的叫法激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱，它使用脉冲激光器作为激发源。激光脉冲（典型值10 ns）聚焦到被测物体的表面，使被测材料表面的激光功率密度超过1 GW/cm2。在如此之高的激光功率密度作用下，被测材料表面就会有几微克的物质被喷射出来同时材料表面还会产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10,000 oC 。冷却过程中，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射。
高灵敏度、高分辨率、多通道光谱仪 AvaLIBS系统可以配置单通道、双通道、三通道、四通道或多通道光谱仪（USB2.0平台最多可支持10个通道），由仪器主板上的微处理器控制，使得不同通道间可以实现同步采样。精确的同步数据采样可以使光谱仪快速读出数据，所以可以用来对瞬态事件进行监控，如用光谱仪的不同通道来监测脉冲激光器诱导的等离子体光谱。 AvaSpec-2048光谱仪能够在接受外触发信号之后仅延迟1.3 μs（抖动± 21 ns）就开始采样。此外，该光谱仪还可以发出一个TTL信号来触发脉冲激光器，在软件中可以设置采样开始时间与该激光脉冲之间的延迟（-20 ns 至 89 sec，步长21 ns），而同类产品的触发延迟时间的调整步长为500 ns，无法保证精确的时间控制。
AvaLIBS的激光器激光器有两种选择：一种选用进口激光器，如法国Quantel公司的Brilliant Easy系列调Q Nd:YAG激光器，波长输出1064 nm或532nm，脉冲能量50 mJ至200 mJ；另一种选用国产激光器，如北京镭宝光电公司的Dawa 系列调Q Nd:YAG激光器，双波长输出1064 nm & 532 nm，脉冲能量200 mJ @ 1064 nm & 120 mJ @ 532 nm。激光的溶化和等离子体的形成跟样品类型有关，因此对于不同的样品有着不同的能量要求。对于金属材料，采用50 mJ激光器。对于非金属和高OH－材料，200 mJ激光器更适合应用。而对于液体样品，可以采用双波长激光器，样品中的氧化物质会减缓等离子体的形成，所以需要另一波长的激光来增强等离子体的形成。
其它特性无需样品预处理 AvaLIBS可以直接对材料进行分析，而不需要对材料做任何预处理。但如果样品表面涂覆有其它物质（比如氧化的或者涂层的钢材）时，则要用激光先把样品表面的涂层清理干净。激光清除过程的效率取决于材料种类及激光能量。此外，激光等离子体所产生的超声波对去除半流体或者粘性污物有非常好的效果。例如，可以分析表面裹有几厘米厚OH矿泥的金属。定量分析微量元素 AvaLIBS做过标定后就可以对基体材料中的微量元素进行定量分析，比如分析钢材中的铬，铝合金中的镁，玻璃中的铁，硫酸铜中的铜等。标定时要使用经过鉴定的样品材料，这个样品材料与被测材料具有相同的基体，但含有不同含量的被分析元素。在分析时通常采用所谓的“内部标准化”的过程，即把被分析元素的谱线强度和基体材料的谱线强度进行比较，这样就可以减少由于激光的脉冲 - 脉冲能量不一致性所导致的等离子体条件变化对测量结果的影响。AvaLIBS测量的灵敏度与许多因素有关：分析元素和基体材料的结合方式，测量距离，以及是否需要遥测等。测量结果的正确性可优于10%，精度可优于5%。

AvaLIBS激光诱导击穿光谱测量系统

AvaLIBS激光诱导击穿光谱测量系统，可以对固体、液体、气体中元素做快速定性定量分析。AvaLIBS的光谱分析范围是200-1070 nm，光学分辨率0.1nm（FWHM），检测灵敏度达到ppm级。

特点 :

● 宽光谱，高分辨率光谱分析（波长范围200-1070 nm，光学分辨率0.1 nm）

● 快速定性定量分析

● ppm级检测灵敏度

AvaLIBS工作原理

激光诱导等离子光谱（LIPS）或者更常见的叫法激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱，它使用脉冲激光器作为激发源。激光脉冲（典型值10 ns）聚焦到被测物体的表面，使被测材料表面的激光功率密度超过1 GW/cm2。在如此之高的激光功率密度作用下，被测材料表面就会有几微克的物质被喷射出来同时材料表面还会产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10,000 oC 。冷却过程中，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射。

高灵敏度、高分辨率、多通道光谱仪
AvaLIBS系统可以配置单通道、双通道、三通道、四通道或多通道光谱仪（USB2.0平台最多可支持10个通道），由仪器主板上的微处理器控制，使得不同通道间可以实现同步采样。精确的同步数据采样可以使光谱仪快速读出数据，所以可以用来对瞬态事件进行监控，如用光谱仪的不同通道来监测脉冲激光器诱导的等离子体光谱。
AvaSpec-2048光谱仪能够在接受外触发信号之后仅延迟1.3 μs（抖动± 21 ns）就开始采样。此外，该光谱仪还可以发出一个TTL信号来触发脉冲激光器，在软件中可以设置采样开始时间与该激光脉冲之间的延迟（-20 ns 至 89 sec，步长21 ns），而同类产品的触发延迟时间的调整步长为500 ns，无法保证精确的时间控制。

AvaLIBS的激光器

激光器有两种选择：一种选用进口激光器，如法国Quantel公司的Brilliant Easy系列调Q Nd:YAG激光器，波长输出1064 nm或532nm，脉冲能量50 mJ至200 mJ；另一种选用国产激光器，如北京镭宝光电公司的Dawa 系列调Q Nd:YAG激光器，双波长输出1064 nm & 532 nm，脉冲能量200 mJ @ 1064 nm & 120 mJ @ 532 nm。激光的溶化和等离子体的形成跟样品类型有关，因此对于不同的样品有着不同的能量要求。对于金属材料，采用50 mJ激光器。对于非金属和高OH－材料，200 mJ激光器更适合应用。而对于液体样品，可以采用双波长激光器，样品中的氧化物质会减缓等离子体的形成，所以需要另一波长的激光来增强等离子体的形成。

其它特性
无需样品预处理
AvaLIBS可以直接对材料进行分析，而不需要对材料做任何预处理。但如果样品表面涂覆有其它物质（比如氧化的或者涂层的钢材）时，则要用激光先把样品表面的涂层清理干净。激光清除过程的效率取决于材料种类及激光能量。此外，激光等离子体所产生的超声波对去除半流体或者粘性污物有非常好的效果。例如，可以分析表面裹有几厘米厚OH矿泥的金属。

定量分析微量元素
AvaLIBS做过标定后就可以对基体材料中的微量元素进行定量分析，比如分析钢材中的铬，铝合金中的镁，玻璃中的铁，硫酸铜中的铜等。标定时要使用经过鉴定的样品材料，这个样品材料与被测材料具有相同的基体，但含有不同含量的被分析元素。在分析时通常采用所谓的“内部标准化”的过程，即把被分析元素的谱线强度和基体材料的谱线强度进行比较，这样就可以减少由于激光的脉冲 - 脉冲能量不一致性所导致的等离子体条件变化对测量结果的影响。AvaLIBS测量的灵敏度与许多因素有关：分析元素和基体材料的结合方式，测量距离，以及是否需要遥测等。测量结果的正确性可优于10%，精度可优于5%。

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周锦帆

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