激光誘導擊穿光譜技術(shù)又稱為 LIBS ，它是一項多年來廣泛應用于實驗室內(nèi)的分析技術(shù)。大部分手持式 LIBS 光譜儀主要用于廢品處理廠以快速分揀合金，以及金屬行業(yè)內(nèi)的各種應用條件下用于合金識別及分析。

LIBS的工作原理是什么？

在 LIBS 分析過程中，會使用聚焦脈沖激光激發(fā)樣品，從其表面上取下很小量的材料。通常在1秒的測量期間，樣品會受到上千次脈沖激發(fā)。材料會被加熱到 10,000 攝氏度乃至更高的溫度。高溫會使得樣品原子化并形成等離子。

盡管溫度如此之高，但樣品在分析期間表面溫度不會變熱，測量時仍然可以安全地拿在手中。

在原子內(nèi)會發(fā)生什么？

在高能脈沖激光激發(fā)樣品時，外層原子外殼層內(nèi)的電子會被激發(fā)。由于外殼層內(nèi)的電子處于內(nèi)殼層電子的遮蔽之下，所以受原子核的吸引力不強。

這也就是說，激發(fā)外殼層電子所需的能量較少。

被激發(fā)的電子會形成電子空位，使得原子變得不穩(wěn)定。在脈沖停止后，等離子會開始冷卻，外電子殼層上的電子會逐級填補空位。電子在兩個能量級或殼層之間移動時所釋放的大量能量會根據(jù)元素不同以光的形式發(fā)射出來。

對于含鐵、錳、鉻、鎳、釩等元素的普通金屬樣品來說，各種元素都會發(fā)射出不同的波長，從而形成包含上千波峰的光譜。

光的波長會通過儀器的光纜進行收集，然后通過分光儀進行處理。

其中各個元素都對應一個具體的光譜峰。LIBS 光譜比較復雜，對應每種元素都可能存在幾百甚至幾千種光譜線。

根據(jù)光譜峰的密度可以計算元素的濃度。然后，可以通過高級算法確認樣品的類型，進而計算其濃度。

為什么選用手持式 LIBS 技術(shù)？

LIBS 技術(shù)是當今識別及分析合金速度最快的技術(shù)。

其僅需一秒鐘即可測量幾乎所有類型的合金，其中包括鋁合金。這一速度要比手持式 XRF 快 20 倍。

LIBS 光譜儀的檢測器一般采用藍寶石玻璃予以保護，藍寶石玻璃是當今已知最為堅硬的材料之一，因此可以保證 LIBS 光譜儀高度堅固耐用。如此一來，您就可以放心測量各種尖銳物體，例如切屑及刨屑等。

同時，其還具有簡單易用的優(yōu)點。您僅需瞄準、發(fā)射然后從屏幕上讀取結(jié)果即可。

LIBS 技術(shù)基本上是非破壞性的。在 LIBS 分析結(jié)束后，其所留下的燒灼點非常微小，裸眼基本無法察覺。

從規(guī)范和許可的角度看，其相比 XRF 等產(chǎn)品對用戶的要求也要少得多。一般來說，不需要獲得昂貴的許可證或參加耗時的培訓課程。但是，仍然需要針對護目鏡使用的安全相關(guān)問題查閱當?shù)氐姆煞ㄒ?guī)。我公司強烈建議在操作3B類激光設備時使用安全護目鏡。

LIBS 是一款極為優(yōu)秀的合金識別工具，在必要情況下，其還可用于檢測化學品。

日立的Vulcan系列手持式LIBS光譜儀可在一秒鐘內(nèi)得出結(jié)果，并廣泛用于來料檢驗、金屬驗證和廢料分揀。Vulcan的特點使其非常實用，例如沒有X射線，避免獲取許可的麻煩，即時得到結(jié)果且牌號鑒定準確，同時確保儀器可快速實現(xiàn)投資回報。

以下是關(guān)于客戶如何發(fā)現(xiàn)Vulcan 光譜儀能助力快速收回成本的幾個實例。

其質(zhì)量和分析可靠度總是100%

當I HollandDY次來到日立的經(jīng)營場所時，其并不打算購買分析儀。作為制藥行業(yè)鋼鐵模具的供應商，I Holland突然急切需要對大量打孔器進行分揀。因此，日立借給該公司一臺Vulcan LIBS光譜儀，用于快速確定每臺打孔器的鋼類型。他們對該儀器驚嘆不已，于是購買了這款光譜儀。

如今，I Holland在裝貨前會使用Vulcan測試每臺打孔器。該公司還通過分析從潛在客戶處收到的樣品以開發(fā)新的打孔器。Vulcan光譜儀能在日常使用中100%確定每個零件的質(zhì)量標準。

“多虧了Vulcan，我們公司才能100%保證日常業(yè)務活動的質(zhì)量和分析。這款儀器一次又一次地助力我們收回成本，我們的投資也得到了回報?！?/p>

無需第三方測試

英國公司GT Factors在使用Vulcan進行道路測試的過程中，發(fā)現(xiàn)了一份新供應商貼錯標簽的樣品。該公司致力于生產(chǎn)用于固定貨物的棘輪帶，如果使用錯誤牌號的不銹鋼很容易導致產(chǎn)品故障，其后果將非常嚴重。因此，該公司購買了一臺日立Vulcan。

此前，GT Factors公司依賴外部第三方測試驗證來料成分。該公司改用Vulcan進行內(nèi)部測試不僅能節(jié)省時間和資金，而且能降低運輸過程中材料混淆的可能性。

“Vulcan為我們公司節(jié)省了資金，這太棒了。我們可以繞過昂貴的第三方測試人員，避免不可靠的供應商?！?/p>

因無X射線而節(jié)省廢金屬分揀的費用

有時候，選擇合適的分析儀有助于節(jié)省資金。TN T Scrap公司必須對大量廢金屬進行分揀，并對其進行正確分級以便回收。顯然，當面對大容量測試時，Vulcan一秒鐘的分析時間是優(yōu)勢，其便攜性亦是如此。但對于TN T公司而言，其熱衷于避免在廢品場使用X射線，因為這需要更多的許可和培訓。Vulcan完全符合要求，由于其沒有X射線，因此無需專業(yè)培訓或許可即可操作，從而控制成本。

“ Vulcan的激光特性使其不需要X射線許可或培訓課程即可操作，因此可避免這類注冊費。這既省時又省錢?！?/p>

Vulcan系列手持式激光分析儀

Vulcan兼具耐用性好、分析速度快和成本低等特點。其使用激光誘導擊穿光譜（LIBS）檢測技術(shù)，消除對X射線和相關(guān)許可及專家培訓的需求。Vulcan經(jīng)久耐用，已通過IP54認證，與NEMA3等效，且其堅固性符合MIL-STD-810G等級。

只需將分析儀放在樣品上并按下觸發(fā)器即可讀取讀數(shù)。在短短一秒鐘內(nèi)，結(jié)果即清晰顯示在屏幕上?？蓪⒃摻Y(jié)果發(fā)送至日立的云數(shù)據(jù)管理服務ExTOPE Connect，用于記錄保存結(jié)果。當每五秒鐘分析一次樣本時，電池壽命為8小時，其可提高用戶一天的工作效率。

是否已準備好試 用Vulcan？

若需了解哪種Vulcan系列分析儀能為您的投資帶來ZJ回報，請聯(lián)系日立以安排樣機演示。

我們認為在現(xiàn)場做出正確的決定不單要考慮準確性，還要考慮精度。猜測或估計是不夠的，特別是在高可靠性應用中。這就是為什么您需要一個分析儀，它不會讓你費勁去識別材料牌號。可靠的碳含量分析需要測量一系列元素，不僅僅是碳，還有磷、硫和硼，直到今天，只有火花直讀光譜儀才能可靠地完成這項工作。

我們的最 終指南由專家團隊制定，將幫助您最 終選擇正確的方案，同時您將了解：

●材料分析選擇方案

●監(jiān)管環(huán)境

●遵循實際層面的法規(guī)

●對于真正重要的元素，OES和LIBS能實現(xiàn)的分析性能是什么？

●如何選擇正確的分析儀

下載地址：https://hha.hitachi-hightech.com/zh/pages/ultimate-guide-libs-vs-oes

       FireFly LIBS快速元素分布成像快速測量系統(tǒng)，單次測量即可檢測元素周期表中幾乎所有元素、能夠進行元素分布成像快速測量、對樣品幾乎無損傷無消耗、無須樣品預處理、實驗近乎零成本、 1秒鐘可測量多達100次，因此在動物和人體的軟、 硬組織元素分析領(lǐng)域，F(xiàn)ireFly技術(shù)應用進展迅速， 并廣泛應用于病理、毒理、臨床診斷、藥理、營養(yǎng)、古生物和古環(huán)境研究。

案例一：FireFly LIBS技術(shù)和LA-ICP-MS技術(shù)應用于腫瘤性質(zhì)分析對比

左一、二、三圖：鱗狀細胞癌的LA-ICP-MS元素分布分析、病理切片圖、FireFly LIBS 30μm分辨率元素分布分析。右圖：LA-ICP-MS和LIBS技術(shù)在靈敏度、掃描空間分辨率、掃描速度上的比較

       生物組織的生理和病理改變會影響其化學成分分布，LIBS技術(shù)能夠測量相應的宏量及微量生物元素的濃度分布，進而從化學的角度進行癌癥早期篩查或者作為輔助癌癥診斷技術(shù)。本研究結(jié)果表明，癌變組織中Mg元素和Ca元素異常增 高。

組織不同位置的LIBS元素譜線：病變的組織Mg、Ca元素特征峰異常增 高

惡性黑色素瘤的FireFly LIBS元素分布成像表明Ca、Mg元素在病變位置含量異常增 高

案例二：FireFly LIBS信號讀取方式應用于免疫化學檢測

       當前癌細胞檢測通常應用免疫組織化學(IHC)和免疫細胞化學（ICC）方法，需要使用納米粒子標記之后在光學顯微鏡下檢測。但是可用的標記種類少、多路復用能力差限制了該檢測方法的效果。Tag-LIBS技術(shù)使用上轉(zhuǎn)換納米顆粒（UCNPs）進行標記，信號強度高、可多元素同時檢測因而多路復用能力強，因此可代替IHC和ICC方法。

(A)免疫細胞化學方法；(B) Tag-LIBS方法：檢測Y II 437.49 nm 譜線

具備HER2受體(BT-474)和不具備HER2受體（上）；(MDA-MB-231) 的UCNP-SA標記的細胞板的FireFly LIBS成像結(jié)果（下）。標記濃度為7-700 μg/ml

案例三：FireFly LIBS技術(shù)應用于硬組織分析

       分析牙齒、骨骼等硬組織的元素信息，能夠得到生物體的性別、健康、飲食、原籍和遷移等信息，在考古、人類學、法醫(yī)、醫(yī)療等研究中必不可少。本研究應用FireFly LIBS技術(shù)對鉛暴露不同時間的小鼠的頜骨和股骨進行快速元素分布成像分析，得到不同元素的平面微分辨率分布圖像。

       FireFly同時具備標準分辨率和微區(qū)分辨率，二者之間可自動切換，無須手動調(diào)試光路。Ca和Mg分布成像測量使用FireFly 100μm完成，Pb、Sr分布成像測量使用FireFly 30μm分辨率完成。左圖為小鼠頜骨，右圖為小鼠股骨。

參考文獻：

1. KONE?Ná, A.; PO?íZKA, P.; MODLITBOVá, P.; PROCHAZKA, D.; VRLíKOVá, L.; BUCHTOVá, M.;KAISER, J. Multi-elemental spatially resolved analysis of hard tissues by Laser-Induced BreakdownSpectroscopy. 2022.

2. VYTISKOVá, K.; OBO?ILOVá, R.; NOVOTNY, K.; FARKA, Z.; SKLáDAL, P.; KAISER, J.; PO?íZKA, P.Detection of biomolecules labeled with photon-upconversion nanoparticles by laser-induced breakdownspectroscopy. ESAS-CSSC 2022 BOOK OF ABSTRACTS. Brno: Spektroskopická spole?nost Jana MarkaMarci, 2022. p. 154-154. ISBN: 978-80-88195-41-2.

3. Kate?ina Kiss, Anna ?indelá?ová, Luká? Krbal, Václav Stejskal, Kristyna Mrázová, Jakub Vrábel, Milan Ka?ka, Pavlína Modlitbová, Pavel Po?ízka, Jozef Kaiserd， J. Anal. At. Spectrom., 2021,36, 909-916