符合綠色化學，低碳足跡的高效元素分析技術

減碳專刊(四) - 面臨碳關稅的品質檢測技術

作者利泓科技技術專員 廖婉婷
日期2022-11-02
分類
此篇文章想讓你知道的是
  • 同時滿足高效率檢測與減碳足跡的技術
  • 綠色化學的主旨與目的
  • LIBS 雷射剝蝕元素光譜儀在各領域的應用
如何在製程中減少碳足跡同時擁有高效率檢測
因應全球氣候變遷的影響，碳淨零排放及新興能源科技已成為全球趨勢。在這個通貨膨脹與碳足跡斤斤計較的時代，即將正式啟動的碳關稅(CBAM)也讓企業帶來減碳壓力。品質控管在所有的製程或生產線中不可或缺。然而，常見的傳統檢測技術如元素分析檢測方法，需要經過濕式消化後上機測試，不僅耗時耗人力，過程中也會產出大量廢液。在製程過程中就已經佔據了不少碳足跡。
面臨碳關稅的品質檢測技術_LIBS_利泓科技

是否有這樣的一種檢測技術，能夠符合快速有效，減少在篩檢及製程良率檢測上的時間成本之餘，又能同時達到減碳目標呢？

你知道什麼是綠色化學嗎？
  • 綠色化學的主旨
    研究如何將反應的效率達到最高，損耗降到最少
  • 化學製程設計
    減少浪費，減少對資源的需求並採用較少耗能的製程
  • 最大程度降低廢物產出
    從源頭到最終產物的過程中減少廢物的產生，降低對環境的污染或衝擊

符合綠色化學，低碳足跡的高效元素分析技術

Applied Spectra J200 LIBS 使用固態雷射剝蝕樣品，能夠激發所有元素：
  • 無需樣品前處理，過程不會有廢液產生；
  • 不用真空環境，進一步減少碳足跡；
  • 高功率雷射激發，數秒內即可得到樣品所有元素資訊，節省時間成本。

相較其他常見元素分析技術如 XRF，ICP-OES，SEM-EDS 設備等，其優勢如下：

1. 輕元素及有機元素分析(F, H, C, O, Si)
2. 具深層剖面，分層分析能力
    (元素 3D 空間分佈，mapping 資訊)
3. 數秒完成全光譜分析
4. 不需酸消化前處理，樣品直接上機分析
5. 無需真空，在一般大氣環境下分析
LIBS雷射剝蝕元素分析_綠色減碳化學分析_利泓科技

– 我想知道什麼是 LIBS 雷射剝蝕元素光譜儀 – (Read more…)

除了具有可直接固體上樣的優勢外，本身為元素光譜分析的 LIBS 也能夠
串聯 ICP-MS 質譜儀(市面上所有廠牌)，成為Tandem元素分析系統。
這表示只需一次進樣，就能獲得樣品中元素光譜及質譜分析資訊(%至ppb範圍)：

LIBS 測定樣品中主要元素組成(ppm-%)；
ICP-MS 測定樣品中微量元素/痕量不純物含量(ppb)

因為高功率雷射能夠有效激發樣品中元素成分，加上可以省略樣品前處理製備步驟，讓分析過程直接快速，適用於 offline / inline 的產品品管分析，且接受任何固態樣品分析。

– 一次得到光譜 & 質譜資訊的雷射剝蝕元素分析儀 – (Read more…)

也因為上述特色，LIBS 可以應用的領域廣泛，從儲能核心—鋰電池原物料，地質礦石分析，建立原料溯源資料庫，生物醫學領域，農業等等。

– LIBS 雷射剝蝕元素光譜儀技術優勢一覽 – (Read more…)

原物料快速篩檢
優化原物料品質管理程序，降低時間成本

無需再使用濕式消解前處理程序，LIBS 可以直接分析原物料，快速篩檢原物料元素與不純物含量，快速鑑定材料品質。

只要將原物料簡單處理：

將原材料粉末壓成錠片。

 

 

放入 LIBS 的樣品 chamber 中，
即可進行原物料元素含量，不純物分析。

將NMC材料粉末壓錠進行LIBS分析_利泓科技
LIBS 直接進樣快速分析NMC材料錠片_利泓科技

 

將批次分析結果儲存建立數據資料庫，可以直接比對每一批次進口到貨的物料品質，優化品質管理追蹤程序。

 

LIBS 快速分析原材料_快速篩選元素_利泓科技
LIBS分析NMC正極原料_元素佔比_利泓科技

漿料混合方法對電極中黏著劑分佈的影響
LIBS監測元素分佈並優化製程方法

電極漿料混合的方式與混合時間都會影響黏著劑在漿料中分佈均勻性與結塊程度。以下是 LIBS 在優化兩步驟漿料混合方法上的應用：

LIBS分析鋰電池黏合劑的混合狀況_元素分佈_利泓科技
石墨負極活性材料與黏著劑的含量：
  • 石墨含量：88.78%
  • 乙炔碳 Acetylene Black：3.97%
  • PVDF 含量：8.2%
LIBS 在優化電池漿料混合方法應用_利泓科技_ASI
以 F 作為黏著劑的標記元素進行分佈均質性的檢測，藉由黏著劑和電極中 C 元素的分佈狀況去調整出最佳的漿料混合方法條件。
除了能夠提供電極塗層中元素的分佈，比起傳統元素分析，LIBS 突破測定輕元素的瓶頸，在元素分析領域中能夠應用在更多層面上。

企業衝突礦產承諾，不使用血鑽石
你是否有證明原物料產地的需求？

來自剛果民主共和國的「衝突礦產」—鈳鉭鐵礦，是電子產業常使用的原料。其中也包含電極材料中常用的鈷金屬。

LIBS 雷射剝蝕元素光譜儀，能夠固體進樣，直接分析原物料粉末，配合軟體模型 PCA 資料庫在數秒內得到溯源分析，快速釐清並證明原物料來源產地。

 

LIBS對衝突礦產的分析分群結果_PCA分群資料庫_利泓科技
LIBS篩選出衝突礦產鈳鉭鐵礦結果_利泓科技

重金屬累積量與植體主要元素含量之間的關係
同時得到光譜與質譜分析資訊

農業及環境領域中，除了關心重金屬在環境或是生物體中積累的總量之外，更重要的是在受污染的環境或生物體中，重金屬的分佈狀況。藉由單位時間內重金屬的分佈及累積地點，從而得知該重金屬元素移動的型態，通道及模式資訊，進而找出源頭，處理並防治重金屬的污染。

以 Pb 及 As 為重金屬代表，將葉片泡在 Pb 及 As 溶液後分析，觀察葉片中元素的分佈變化。

下方的左圖為浸泡在As溶液中6~12小時的葉片；右圖為浸泡在Pb溶液中3~12小時的葉片。單圖為浸泡在As溶液中6~24小時的葉片。而每組的左上角第一張圖片為該實驗組之對照組。

植體主要與微量重金屬分析_LIBS_利泓科技
植體主要元素C H O分析_LIBS_利泓科技

 

此為 J200 LIBS (Ca，Mg，C，H，O) 串聯 Analytik Jena 的 ICP-MS (K，Cu，Sr，As，Pb) 同時進行葉片上的重金屬及營養元素分析結果。

隨著浸泡在重金屬溶液中的時間越長，葉片中 Pb 與 As 積累的部位與分佈也有所不同：Pb 除了集中在葉柄，經過 12 小時後已平均散佈在葉片整體的葉脈中；相較之下，As 主要集中在葉柄，分佈區域以鄰近葉柄的葉肉為主。兩者的在植體中的移動途徑明顯不同。

而葉片中的營養(主要)元素(Ca，Mg，C，H，O，Cu，K，Sr)皆為相同的趨勢：

隨著重金屬積累量越多，營養元素越少；且營養元素與重金屬之分佈幾乎沒有重疊。

LIBS直接提供生物組織完整元素分佈
不只是硬邦邦的固態樣品，柔軟組織一樣可以檢測分析

生物組織的元素分佈可以提供生理代謝、藥物標靶等研究的相關資訊。

利用雷射剝蝕感應耦合電漿光譜(LA-ICPMS)和雷射誘導裂解光譜(LIBS)可以得到生物組織的完整元素分布情況(H-Pu)，無論是重金屬元素，非金屬元素H、N、O，鹵素(F)，都可以量測 ppb-%等級。

老鼠大腦重金屬奈米粒子分析_LIBS_利泓科技

經過注射 MnCl2 或奈米粒子 MnO2 的老鼠大腦樣品。藉由雷射剝蝕技術觀察 Mn 的元素分佈變化。

豬皮膚組織重金屬分佈Ag Cu Zn分佈_LIBS_利泓科技

利用雷射剝蝕技術觀察豬隻皮膚組織中的 Ag，Cu 和 Zn 的元素分佈情形。

 

此為 J200 LIBS (Ca，Mg，C，H，O) 串聯 Analytik Jena 的 ICP-MS (K，Cu，Sr，As，Pb) 同時進行葉片上的重金屬及營養元素分析結果。

隨著浸泡在重金屬溶液中的時間越長，葉片中 Pb 與 As 積累的部位與分佈也有所不同：Pb 除了集中在葉柄，經過 12 小時後已平均散佈在葉片整體的葉脈中；相較之下，As 主要集中在葉柄，分佈區域以鄰近葉柄的葉肉為主。兩者的在植體中的移動途徑明顯不同。

而葉片中的營養(主要)元素(Ca，Mg，C，H，O，Cu，K，Sr)皆為相同的趨勢：

隨著重金屬積累量越多，營養元素越少；且營養元素與重金屬之分佈幾乎沒有重疊。

符合綠色化學，低碳足跡的高效元素分析技術
Applied Spectra J200 LIBS

1. 輕元素及有機元素分析(F, H, C, O, Si)
2. 具深層剖面，分層分析能力
    (元素 3D 空間分佈，mapping 資訊)
3. 數秒完成全光譜分析
4. 不需酸消化前處理，樣品直接上機分析
5. 無需真空，在一般大氣環境下分析
6. 支援串聯市售任何廠牌 ICPMS，同時得到
    光譜+質譜分析結果
LIBS雷射剝蝕元素分析_綠色減碳化學分析_利泓科技

點我了解更多

LIBS雷射剝蝕元素分析→樣品中元素分佈資訊

Tags

// 應用文章

聯絡我們
詢問清單
目前詢問清單是空的
填寫詢問單