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LIBS|Applied Spectra|雷射剝蝕誘導電漿元素光譜分析儀

滿足固態進樣,元素空間分佈解析及深度分析的「全週期表」元素光譜分析儀。

雷射剝蝕誘導電漿元素光譜分析 (LIBS, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy)
是一種利用雷射光束產生電漿的發射光譜分析之新興元素分析技術,係利用雷射光束產生電漿,直接固體進樣的發射光譜分析儀 (Optical Emission Spectroscopy)。

 

LIBS 能夠做到:

  • 直接固體進樣,無需前處理過程
  • 能夠進行「全週期表」元素分析,包括輕元素
    (如 C,H,N,O,Be,Li,Mg,Al,Si 等),鹵素等,無譜線干擾的問題。
  • 直接對樣品進行 2D/3D 空間分佈及深度的元素與同位素分析。
  • 取樣面積小,最大程度維持樣品完整度
  • 皮秒雷射,數秒獲得高解析度數據圖譜

雷射剝蝕誘導電漿元素光譜分析 (LIBS, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 原理

雷射剝蝕 (LA, Laser Ablation) 原理
     -將高功率的雷射光束聚焦到待測樣品表面,對樣品進行微取樣(剝蝕)的技術,稱為雷射剝蝕(LA)。被剝蝕的樣品繼續激發形成含有激發態原子,離子及電子的高能量電漿,再由放射光譜儀進行後續分析

 



雷射光束聚焦到樣品表面,將部分樣品剝蝕出來,繼續反應形成含有激發態原子,離子及電子的高能量電漿。

     

 



當雷射脈衝結束後,電漿隨即開始冷卻,原先處於激發態的電子降回基態,使得電漿放出光,形成分離的光譜峰值。

 



週期表上每一種元素都有其對應的特徵放射光譜,電漿所放出的放射光經分光收集至偵測器進行光譜分析,再藉由換算光譜峰值的強度,即可得知樣品元素組成及其濃度值。

  

 

LIBS = Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LA-OES)

LIBS 就是將雷射剝蝕(LA)技術串接到耦合電漿光學發射光譜儀(ICP-OES)上的,無需進行樣品前處理,直接分析樣品的光學儀器。

                                                        
LIBS 雷射剝蝕誘導電漿元素光譜分析優勢

  • 樣品限制少
    -直接分析樣品,無需樣品前處理,減低使用高濃度劑量藥劑的風險。
    -可分析極少量的樣品,最大程度保存樣品完整性。
  • 高功率雷射幾乎能夠激發所有元素,故能夠分析元素週期表上所有元素。
  • 元素在樣品中 2D/3D 空間分佈和深度解析。
  • 只需數秒就能得知分析結果,儀器軟體進行即時數據圖譜轉換及內建資料庫比較。

 


       

      目前市面上的 LIBS 多為用於快速檢測鋼鐵合金成分的手持式 LIBS (Handheld/Portable LIBS),又稱雷射分光光譜儀手持式 LIBS 也因為有更快的分析速度,能夠測定輕元素 (C,N,O,F,Li等) 的特性,繼手持式 XRF (X射線熒光光譜儀,X-ray Fluorescence Spectrometer) 後成為業者們的青睞,應用在快速進行製程材料的辨別與確認
 

桌上型 LIBS 手持式 LIBS 之間的差別在於:因受限於產品設計,手持式 LIBS 只有固定的雷射波長,無法進行元素在樣品中的空間解析外,對含有較多短波長元素 (如碳) 的樣品而言,需要較大的能量來被激發。而桌上型 LIBS 是為較大型的設備,故在樣品槽,分光零件及偵測器的位置上比手持式有更好的空間設置與條件,數據品質更佳,偵測極限相對較低。雖然 XRF 能夠做到樣品的無損檢測,但 LIBS 能夠測定 C,N,O 等環境基質主要元素,且桌上型 LIBS 能夠進行樣品的空間,深度解析,提供樣品多層次的資訊。
 

以下為手持式 XRF,手持式 LIBS 桌上型 LIBS 的比較表:

儀器

手持式 XRF

手持式 LIBS

桌上型 LIBS

元素範圍

  • 原子序範圍
    鎂(Mg) - 鈾(U)
  • 無法測輕元素如 C,N,O,F,Li 等元素
  • 發光光譜範圍,以可見光元素為主(Be、Mg、Al、Si、Ca…等)
  • 可以測輕元素如 C,N,O,F,Li 等元素
  • 元素週期表上所有的元素

激發原理

  • X 射線
  • 雷射激發
  • 雷射激發

雷射波長

  • 1064 nm
  • 213-1064 nm範圍的客製化雷射源

檢測範圍

  • 10 ppm-1 %
  • ppm-%
  • ppb-%

測試時間

  • 一般元素:3-5秒
  • 輕元素(Mg-S):10-15 秒 
  • 3-5 秒
  • 3-5 秒

最大取樣面積

  • 8-10 mm
  • 0.05-0.1 mm
  • 10 µm-100 µm

2D/3D空間解析

  • 可以

數據穩定性

  • 較穩定
  • 受到槍口與樣品貼合度影響,跳動大
  • 非常穩定

樣品品質

  • 無損檢測
  • 表面輕微燒灼
  • 表面輕微燒灼

操作人員要求

  • 18 小時輻防訓練

雷射安全等級

  • Class 3B
  • 在暴露下會對眼睛造成立即的損傷。需戴上特定波長之護目鏡
  • Class 1
  • 雷射在完全封閉的裝置內
    不造成人體傷害

 

Applied Spectra 的桌上型 LIBS (Benchtop Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 提供穩定精準的分析環境,且內建軟體能夠快速有效地轉換數據及圖譜呈現,提供您最佳的全週期表元素分析體驗。

 


 

若想要得到微量元素同位素的資訊,Applied Spectra 桌上型 LIBS 系統能夠串聯上市面上所有品牌的 ICP-MS,結合雷射,光譜與質譜的優勢,一次擁有從 ppb 至 % 的濃度級別之樣品中主要成分,微量元素,同位素含量組成分析及元素空間解析。(點我了解更多)

 


          


 

 

儀器特色

 

雷射

  • 213-1064 nm 範圍的客製化雷射光源,依樣品搭配合適的雷射波長
  • 奈秒(ns)、飛秒(fs)雷射源
  • 多種雷射光點大小及取樣樣式選擇,亦能客製化取樣路徑
  • 雷射光源自動調焦系統,讓剝蝕取樣過程不受樣品表面高低影響

分析範圍

  • 可分析週期表上所有元素
  • 輕元素:Li, Be, B, C, Na, Mg
  • 有機材料元素:O, H, F, N
  • Transition metal:Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Y, Hf, W, Mo, Zr, Ag, Cd, etc

樣品

  • 無樣品型態限制
  • 微量型的樣品也能夠進行分析,不影響分析品質
  • 可分析表面凹凸不平的樣品
  • 樣品能夠最大程度保留其完整性
  • 抽屜式樣品槽,可在一般環境下直接分析
  • 因應特殊應用亦可串接氣體流(如 Ar,He)

分析速度

  • 於奈秒內產生電漿後放光,收集數微秒的不連續光譜完成分析

空間解析

  • 樣品進行 2D/3D 空間分佈 mapping (適用於薄膜分析、空間分析)

                           

  • 樣品深度的元素分析
  • 內建光譜資料庫

LIBS/LA Tandem 系統

  • 隨時升級 LIBS/LA Tandem 系統
  • 與市面上所有廠牌之 ICP-MS 相容
  • 一次擁有從 ppb 至 % 的濃度級別之樣品中主要成分,微量元素,同位素含量組成分析及元素空間解析 

 

 

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