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LIBS技术与仪器研发

2017-05-25点击:113


【核心介绍】LIBS技术与仪器研发LIBS是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (激光诱导击穿光谱学)的简称,该技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析,以此来识别样品中的元素组成成分,进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。目前激光诱导击穿光谱(L  

LIBS技术与仪器研发

LIBS是Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (激光诱导击穿光谱学)的简称,该技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,利用光谱仪对等离子体发射光谱进行分析,以此来识别样品中的元素组成成分,进而可以进行材料的识别、分类、定性以及定量分析。

目前激光诱导击穿光谱(LIBS)测量不确定度较高且测量误差较大,是制约LIBS技术大规模商业化应用的两大关键瓶颈。

清华大学热能工程系热能动力仿真与控制研究所副教授、副所长王哲教授受邀参加本次光谱会议,将重点向与会人员介绍LIBS精确定量化研究。王哲教授带领他的课题组成员通过研究等离子体的膨胀和演化规律、等离子体与环境的相互作用以及信号采集系统特性等对LIBS光谱的影响规律,确定了LIBS信号不确定度的来源,并在此基础上提出了包括等离子体调制、光谱标准化等一系列降低LIBS不确定度的方法;通过分析LIBS测量过程中测量误差来源的机制,提出了基于主导因素的偏最小二乘(PLS)模型;提出了基于自适应数据库的光谱辨识方式。

这位年轻的副教授、副所长,国内激光诱导击穿光谱技术领域的权威之一,在综合利用这一系列创新方法的基础上,建立了一整套实现精确定量化的技术并在煤质分析、金属分析、水泥分析和玉石原产地鉴定方面得到了应用,测量可重复性和准确性都明显优于常规偏最小二乘方法。

随着科学技术的发展进步,尤其是生命科学、材料科学、环境科学、能源科学以及民用需求等的发展与现场、在线检测需求量的增加,分析仪器的便携化和小型化已经成为当今分析仪器科学发展的趋势与潮流。激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)设备简单,分析过程时间短,并且还具有对样品形态要求不高,破坏性小和多元素同时分析等特点,与传统原子光谱技术相比在现场分析、在线监测等应用场合有着无可比拟的巨大优势,也正是因为如此,近年来对LIBS应用的研究呈现出了快速的增长趋势。

LIBS弥补了传统元素分析方法的不足,尤其在微小区域材料分析、镀层/薄膜分析、缺陷检测、珠宝鉴定、法医证据鉴定、粉末材料分析、合金分析等应用领域优势明显,同时,LIBS还可以广泛适用于地质、煤炭、冶金、制药、环境、科研等不同领域的应用。

除了传统的实验室的应用,LIBS还是为数不多的可以做成手持便携装置的元素分析技术,更是目前为止被认为唯一可以做在线分析的元素分析技术。这将使分析技术从实验室领域极大地拓展到户外、现场、甚至生产工艺过程中。

段忆翔教授课题组在国家重大科学仪器设备开发专项资金的资助下,开展了LIBS相关研究,同时开展了基于激光光谱的仪器研发工作。目前,已成功研发出台式、便携式和手持式LIBS仪器,并创造性地将LIBS技术和拉曼技术结合在一起,研发出可以同时获取样品分子信息和元素信息的LIBRAS仪器,可用于元素形态分析和化学物质的成分鉴别。此外,课题组还开展了多种现场检测仪器的研发与应用研究工作,目前已经成功开发基于微波诱导等离子体的质子转移反应质谱系统、基于空心阴极放电的质子转移反应质谱系统、基于微波诱导等离子体的在线监测系统以及等离子体常压解析离子源质谱等技术。

会务组很荣幸地邀请到段教授到会指导交流,段教授将介绍LIBS仪器研发过程中的一些细节,着重介绍仪器的光电设计、系统集成以及包括多功能样品室、小型延时器和高分辨光谱仪等在内的关键核心部件。此外,报告还将涉及课题组提出的LIBS技术用于直接分析液体中的重金属的系列创新方法,并对所研发仪器的实用性和适用性以及应用研究概要介绍。



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