LIBS|Applied Spectra|雷射剝蝕誘導電漿元素光譜分析儀

滿足固態進樣,元素空間分佈及深度解析的「全週期表」元素分光儀

  • 數秒得到全元素分析資訊

  • 綠色化學分析設備,減少製程碳足跡

  • 利用雷射激發,固態樣品直接進樣

  • 一般大氣環境即可分析

  • 元素 2D & 3D mapping 分佈資訊

  • 擴充能力:串聯質譜儀,同時獲得光譜質譜資訊

LIBS 是什麼?

LIBS 是雷射剝蝕誘導電漿元素光譜分析 (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) 的縮寫,
即為
利用雷射進行元素分析的分光光譜儀 (OES)

Applied Spectra LIBS 是一台能夠提供週期表全元素特性與圖像分佈資訊的綠色化學分析儀器。

下方將為您簡述儀器作動,手持式與桌上型 LIBS 的比較。

LIBS將雷射光束聚焦到樣品表面進行剝蝕取得元素資訊_利泓科技
LIBS可進行週期表全元素分析_利泓科技

LIBS = Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LA-OES)

  • 直接固體進樣,無需前處理過程,無廢液產生

  • 能夠進行「全週期表」元素分析,包括輕元素:C,H,N, Li,Be,B,Mg 等

  • 得到樣品中元素的 2D 空間分佈及縱深度(3D)分析

  • 雷射光源自動調焦系統,不受樣品表面高低影響

  • 可調整取樣面積(5-200 µm),維持樣品完整度

  • 奈秒(ns)、飛秒(fs)雷射脈衝

  • 數秒獲得高解析度數據圖譜

  • 無需真空條件,可在一般環境下直接分析

LIBS 如何操作?

簡單來說,LIBS 是透過雷射剝蝕 Laser Ablation 技術進行樣品取樣和激發元素,從而得到材料化學特性,元素分佈資訊。

Laser_Ablation雷射剝蝕是利用聚焦在樣品表面的雷射光束將小部分樣品移除的過程_利泓科技

首先,雷射剝蝕 (LA, Laser Ablation) 將高功率的雷射光束聚焦到待測樣品表面,對樣品進行取樣(剝蝕)。

樣品從被雷射剝蝕到光譜分析的過程:

◾雷射光束聚焦到樣品表面產生雷射電漿,剝蝕部分樣品。高功率雷射電漿在奈秒 (ns) 內快速擴散到樣品上,繼續反應形成含有激發態原子,離子及電子的電漿。

◾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,使得電漿放光。前期(<200-300 nsec) 釋出的是連續光譜(白光);後期(>1 µsec)釋出的則是分離的元素特徵光譜。

◾放射光譜經光纖收集至偵測器進行分析。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含量。

LIBS雷射電漿在奈秒內快速擴散繼續反應形成含有激發態原子離子電子的電漿_利泓科技
LIBS電漿冷卻後前期放出連續光譜_利泓科技
LIBS電漿冷卻後期釋出的是元素特徵光譜_利泓科技

你知道手持式與桌上型 LIBS的差異嗎?  

 

儀器 手持式 XRF 手持式 LIBS 桌上型 LIBS
元素范圍
  • 原子序范圍:鎂(Mg)-鈾(U)
  • 無法測輕元素如 C,N,O,F,Li 等元素
  • 以可見光元素為主(Be,Mg,Al,Si,Ca…等)
  • 在裝載氬氣罐後可以測輕元素如C,N,O,F,Li等元素
  • 元素週期表上的所有元素
激發原理
  • X射線
  • 雷射激發
  • 雷射激發
雷射波長
  • 1064nm
  • 213-1064nm範圍的客製化雷射
檢測范圍
  • 10ppm – 1%
  • ppm – %
  • ppm – %
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
取樣面積
  • 8 – 10mm
  • 0.05 – 0.1mm
  • 10 – 100μm
2D/3D
空間解析
  • 可以
數據穩定性
  • 較穩定
  • 收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
操作人員需求
  • 18小時輻防訓練
雷射安全等級
  • Class3B
  • 若暴露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
以上為手持式 XRF,手持式 LIBS 及桌上型 LIBS 的比較表。

目前市面上的 LIBS 多為用的手持式 LIBS (Handheld/Portable LIBS),又稱手持式雷射分光光譜儀。因為有更快的分析速度且能夠測定輕元素 (C,N,O,F,Li 等) 的特性,繼手持式 XRF 後,手持式 LIBS 成為業者們的青睞,應用在材料尤其鋼鐵合金牌號上的快速篩檢與確認。

手持式儀器因設備設計限制了激發源與內部元件設置上的空間,進而限制分析元素種類及其偵測濃度。相較之下,桌上型儀器在樣品槽,分光零件及偵測器上有更好的設置空間與條件,線性濃度範圍廣且數據品質穩定,通常可作為相關法規標準規範的依據。故桌上型 LIBS 囊括了所有手持式 LIBS 的優勢以外,亦能夠進行元素在樣品的空間,深度解析,在鋰電池品管、材料研發、精密陶瓷材料、鋼材偏析品管,甚至刑偵及生物性樣品,都能提供樣品多層次的資訊。

LIBS 除了提供光譜分析,也能夠提供 ICPMS 質譜分析資訊!

Applied Spectra 桌上型 LIBS (Benchtop LIBS) 可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。

 

LIBS 能夠激發全元素,快速分析的特性,使之能夠應用在不同領域上。除了解決固態樣品不易消化的難題,讓品管,檢測過程快速,減少廢棄物的產生,減少碳足跡以外,更是樣品成分資料庫建立及溯源的最佳利器。

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