BLAZE在LIBS技术中的应用
等离子体光谱仪对合金中元素检测
【概述】材料的元素成分和含量决定着材料的物理和化学性能，快速、准确、低成本地获取材料的成分和含量信息一直是研究学者的努力方向。激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种极具发展潜力的元素分析技术。它以激光作为激发源烧蚀待测样品产生等离子体，通过光谱仪探测等离子体的发射光谱，对光谱进行分析即可获得待测样品的元素类别和含量信息。
图1，LIBS技术示意图
近年来，国内外已有许多学者将 LIBS（激光诱导击穿光谱）技术应用于合金中元素成分的研究。LIBS 技术与常用的合金检测技术相比，无需对样品进行预处理，具有多元素同时检测、结构简单、检测速度快、不受样品形态影响等独特优势，在该领域展现出广阔的应用前景。
LIBS 技术对光谱仪有一系列的要求，如亚纳米级别的分辨率、微秒级的积分时间、多通道采集、精确的时序控制等，这些要求旨在确保准确地捕获、分析由激光诱导产生的等离子体光谱信号。
图2，激光诱导击穿光谱实验装置图
新葡萄奔驰AMG推出全新 BLAZE系列等离子体光谱仪，支持多通道设计，波段范围覆盖 200~1100nm，最高 0.06nm 高分辨率，9μs 最小积分时间和小于 1μs的触发延迟，减少了等离子体膨胀初期连续辐射谱线的误采集，大大提高信噪比和重复性，完全满足 LIBS 成分检测的要求。
【样品 & 测试】LIBS 检测装置通常由脉冲激光器、样品平台、光谱仪和计算机四部分组成。按图2 搭建实验装置，对网购所得某品牌“304不锈钢” 和“45号钢” 标准物质进行 LIBS 检测。
图3，304不锈钢和45号钢的LIBS预处理光谱图
如图3 光谱曲线所示，可以看出 LIBS 谱图峰型尖锐，区别明显，0.1nm 的极近特征峰也可以区分开。与表1 相关文献资料的特征谱线进行比对，从图4 可以看出，304不锈钢在 356.5nm，357.0nm，358.1nm，360.9nm，361.9nm，363.1nm，364.8nm 出现铁元素特征峰，在 357.9nm，359.3nm，360.5nm 处出现铬元素特征峰，而 45号钢只有铁元素特征峰。两个细节图对比表明 304不锈钢主要由铁元素和铬元素组成，45号钢主要由铁元素组成，不含有铬元素。
表1，用于定量分析的元素及特征谱线
在实际的检测过程中，矿石原料的金属成分比合金的含量要低，因此，必须抓住触发之后 1μs 左右较强的原子谱线进行探测。
图4，304不锈钢和45号钢LIBS光谱细节图
【总结】新葡萄奔驰AMG的等离子体光谱仪BLAZE，搭载 CMOS探测器，支持多通道设计，最高支持 0.06nm 分辨率，能分辨极近元素特征峰。同时，该系列时序控制精确至纳秒级，能避开脉冲激光和连续辐射，测到激发后 1μ s左右较强原子谱线信号，有利于微量元素检测，深度适配 LIBS 应用场景。
【参考文献】
李祥友等. "激光诱导击穿光谱技术及应用综述." 中国激光 49.12(2022):32.
上一篇： ARMS 在超表面及纳米天线研究中的应用
下一篇： 无
元素分析
LIBS
微型光谱仪
BLAZE
