Спектроскопия лазерного пробоя
Что такое спектроскопия лазерного пробоя?
Спектроскопия лазерного пробоя (LIBS) это тип атомного излучения спектрометрЭто позволяет проводить качественный и количественный анализ практически всех элементов в твердых, жидких и газообразных матрицах. В отличие от традиционных методов обнаружения, таких как ICP-OES или XRF, БИБЛИОТЕКИ устраняет необходимость сложной пробоподготовки в процессе обнаружения.
Чтобы достичь цели без сложной пробоподготовки, LIBS-спектроскопия использует высокоэнергетический сфокусированный импульсный лазерный луч для возбуждения образца до состояния плазмы, что генерирует соответствующий элементарный спектр излучения для анализа. Длина волны спектра излучения элемента напрямую связана с типом элемента, а интенсивность спектральных линий элемента связана с содержанием элемента.
Принцип спектроскопии лазерного пробоя
Развитие лазерной техники во многом способствовало развитию спектроскопии. метод спектроскопии лазерного пробоя (LIBS), также известный как спектроскопия лазерно-индуцированной плазмы (LIPS)Это новый метод анализа элементов вещества. Он представляет собой новый аналитический метод в области спектроскопии, предложенный и реализованный группой Дэвида Кремерса в Национальной лаборатории Лос-Аламоса в 1962 году. Это новый аналитический инструмент в области спектрального анализа.
Спектроскопия лазерного пробоя использует импульсный лазер с высокой пиковой мощностью для облучения образца, и луч фокусируется на очень маленьком пятне анализа (обычно 10-400 микрон в диаметре). В области пятна лазерного облучения происходит абляция материала образца и образование облака наночастиц над образцом. Поскольку пиковая энергия лазерного луча довольно высока, его эффекты поглощения и многофотонной ионизации увеличивают непрозрачность газовых и аэрозольных облаков, образующихся над образцом, даже в случае возбуждения только очень короткими лазерными импульсами. Поскольку лазерная энергия значительно поглощается облаком, постепенно формируется плазма. Высокоэнергетическая плазма плавит наночастицы, возбуждает атомы в них и излучает свет. Свет, излучаемый атомами, может быть уловлен детектором и записан в виде спектра, который может быть проанализирован для получения информации о том, какие элементы присутствуют в образце, а в дальнейшем качественные (например, идентификация материала, PMI) и количественные (например, количество элемента в образце) анализы могут быть выполнены программными алгоритмами.
А. Основной принцип спектроскопии лазерно-индуцированного излучения
Мощный импульсный лазерный луч, генерируемый лазером, фокусируется на поверхности образца, и атомы в образце возбуждаются, образуя высокотемпературную плазменную искру. Возбужденные атомы и ионы испускают характеристические спектральные линии атомов и каонов в процессе девозбуждения, а затем длина волны (от УФ до БИК) и интенсивность характеристических спектральных линий атомов измеряются спектрометром для качественного или количественного анализа. элементы.
Предел обнаружения и количественный анализ
Пределы обнаружения БИБЛИОТЕКИ сильно зависят от типа измеряемого образца, конкретных элементов и конфигурации лазерного/спектрального детектора прибора. По этим причинам пределы обнаружения LIBS могут варьироваться от нескольких частей на миллион до уровня %. Для большинства рутинных применений пределы обнаружения LIBS могут быть достигнуты от 10 до 100 ppm для большинства элементов, а для количественного анализа относительное стандартное отклонение измерений, полученных с помощью LIBS, может быть в пределах 3-5%, а обычно в пределах 2% или даже <1% для однородных материалов.
Б. Процесс генерации плазменной искры
Под действием мощного возбуждающего импульса атомы и их фрагменты в фокусной области лазера ионизируются многофотонным излучением, образуя начальные свободные электроны. По мере увеличения фокусировки лазера атомы продолжают поглощать фотоны и ионизироваться, производя большое количество первичных электронов. Когда мощность лазера становится достаточно высокой, длительность импульса достаточно велика, чтобы свободные электроны ускорялись под действием лазера. Когда электроны получают достаточно энергии для бомбардировки атомов, атомы ионизируются и производят новые электроны. Ускорение этих электронов также приводит к продолжению ионизации атомов, вызывая лавинный эффект и быстрое увеличение количества электронов за очень короткий период. В то же время это приводит к непрерывной ионизации атомов, в результате чего образуется большое количество свободных электронов и ионов, и в целом приблизительно электрически нейтральная плазма. Возбужденная плазма — это источник света, излучающий фотоны на определенных частотах для получения характерных спектральных линий. Ее частотное и интенсивностное распределение содержит информацию о составе и концентрации анализируемых объектов.
В процессе генерации плазмы используется очень высокая плотность мощности, которая может превышать 1 ГВт/см2. Несколько микрограммов материала на поверхности мгновенно нагреваются лазером до 10,000 XNUMX градусов по Цельсию и выбрасываются, образуя очень недолговечную, но очень яркую плазму. Эти выброшенные плазменные тела были поляризованы лазером в возбужденные атомы или ионы. По окончании лазерного импульса плазма остывает так же быстро, как начала расширяться. В процессе охлаждения возбужденные атомы или ионы возвращаются из высокоэнергетического состояния в низкоэнергетическое и испускают оптическое излучение со своими характеристиками. Обнаружение и анализ этих спектральных излучений чувствительным спектрометром дает информацию об элементном составе вещества.
Применение спектроскопии лазерного пробоя
Спектроскопия лазерного пробоя, как новая технология идентификации материалов и количественного анализа, может использоваться в лаборатории, а также применяться для онлайн-инспекции на промышленных объектах. Его основные особенности заключаются в следующем.
а. Быстрый и прямой анализ, практически не требующий подготовки образцов.
б. Обнаруживает практически все элементы.
c. Одновременный анализ нескольких элементов.
d. Универсальность морфологии матрицы – можно обнаружить практически любой твердый образец.
LIBS-спектроскопия компенсирует недостатки традиционных методов элементного анализа, особенно в таких приложениях, как анализ материала на микроплощадях, анализ покрытия/пленки, обнаружение дефектов, идентификация ювелирных изделий, идентификация судебно-медицинских доказательств, анализ порошкового материала, анализ сплава и т. д. LIBS-лазер также может широко применяться в различных областях, таких как геология, уголь, металлургия, фармацевтика, окружающая среда и научные исследования.
Помимо традиционных лабораторных приложений, Либс-спектроскопия лазерного пробоя — одна из немногих технологий элементного анализа, которую можно использовать в портативных портативных устройствах. Это считается единственной технологией элементного анализа, которая может выполнять такой онлайн-анализ. Это позволит значительно расширить технологию анализа от лабораторных условий до открытых, полевых и даже производственных процессов.
Применение лазерной спектроскопии пробоя (LIBS)
Эмоциональный неразрушающий анализ, характеристика и идентификация материалов.
б. Дистанционное обнаружение и элементный анализ опасных материалов (высокотемпературных, радиоактивных, химически токсичных материалов).
c. Обнаружение радиоактивного загрязнения контейнеров для хранения непосредственно на месте (стекловидный высококачественный лом, лом среднего качества).
d. Анализ состава стали на месте в труднодоступных условиях (например, в корпусах ядерных реакторов).
e. Быстрая идентификация металлов и сплавов в процессе переработки лома.
f. Идентификация металлических компонентов критически важных элементов в процессе производства и сборки.
g. Онлайн-анализ состава для контроля технологических процессов при производстве жидких металлов и сплавов (например, определение содержания углерода, кремния и фосфора в стали).
h. Онлайн-анализ состава для контроля процесса производства жидкого стекла (например, определение содержания железа и свинца).
i. Идентификация на месте материалов, погруженных в воду (например, металлов, сплавов, керамики, минералов, радиоактивных материалов).
j. Глубокий профильный анализ и анализ состава поверхностных покрытий (например, гальванизированной стали, слоя пластиковой пленки, тяжелых металлов в краске).
k. Онлайн-мониторинг частиц в воздухе (например, мониторинг выбросов из дымовых труб).
l. Компонентный анализ объектов сложной формы.
Особенности спектроскопии лазерного пробоя
а. Спектрометр лазерно-индуцированного пробоя позволяет измерять практически все природные элементы, включая H, Li, Be, C, N, O, S и др., которые трудно анализировать традиционными методами.
б. Процесс подготовки образца очень прост и позволяет очистить поверхность образца или удалить поверхностное покрытие с помощью многократных импульсов.
c. Высокопроизводительный анализ может быть выполнен с использованием лишь небольшого количества образца (1-10 г), что значительно снижает стоимость анализа.
d. Обладает пределами обнаружения на уровне частей на миллион (ppm), высокой чувствительностью, точностью и степенью обнаружения.
e. Действительно неразрушающий метод обнаружения. Расходуется лишь ничтожно малое количество образца, и практически отсутствует эффект нагрева при воздействии лазерного излучения на образец.
f. Возможность элементного анализа образцов в любом физическом состоянии, включая твердые вещества, жидкости, газы и различные смеси.
g. Практически не подвержен влиянию спектральных помех.
h. Сокращение времени анализа до приблизительно 20 секунд для всех определяемых элементных показателей, что является существенным преимуществом по сравнению с другими аналитическими методами.
i. Хорошая адаптивность к окружающей среде, практически не предъявляющая особых требований. Работает от сети и не требует водяного охлаждения или сжатого воздуха. Это означает, что она может соответствовать требованиям полевых экспериментов.
j. Расходные материалы не требуют периодической замены, а конфигурация лазера позволяет использовать его непрерывно более 600 000 раз.
Как приобрести прибор для спектроскопии лазерно-индуцированного пробоя?
Если вы заинтересованы в нашем Спектроскопия лазерного пробоя или есть какие-либо вопросы, пожалуйста, напишите по электронной почте info@antiteck.com, мы ответим вам как можно скорее.