礦石樣品LIBS測試分析

1.LIBS激光誘導擊穿光譜

元素是物質(zhì)的基本組成成分，元素種類及其含量極大地影響著物質(zhì)的物理化學性質(zhì).LIBS（激光誘導擊穿光譜）是一種用于化學多元素定性和定量分析的原子發(fā)射光譜，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單、快速的多元素同時檢測技術(shù)。LIBS技術(shù)被譽為“未來化學分析之星”，因為它不需要樣品制備，幾乎無損、快速、安全的多元素分析，特別適用于碳、鋰、硅等輕質(zhì)元素的檢測。

激光誘導擊穿光譜示意圖

2.LIBS工作原理

LIBS是將一束高能脈沖激光聚焦在樣品表面，當激光輻照度超過樣品的擊穿閾值時，少量材料將被燒蝕和激發(fā)以產(chǎn)生等離子體。在激光脈沖結(jié)束時，等離子體迅速擴散并冷卻。激光誘導等離子體內(nèi)包含了電子、離子、原子、分子和微粒等，整體呈電中性。

LIBS光譜的動力學過程

此期間，處于激發(fā)態(tài)的原子和離子從高能態(tài)遷移回低能態(tài)，并發(fā)出具有特定波長的特征光輻射。用靈敏的光譜儀對等離子體發(fā)射光譜中的譜峰位置、峰強等信息進行分析，識別樣品中的元素的種類和相應的含量，可以進行材料的識別、分類、定性以及定量分析。

能級躍遷示意圖

當激光脈沖結(jié)束后，等離子體中被激發(fā)的粒子會從高能級向低能級躍遷，并發(fā)射特征譜線，波長λ可以表示為：

其中c為光速，h為普朗克常量，Ek為高能級的能量，Ei為低能級的能量。用光譜儀采集等離子體發(fā)射的特征譜線就會得到類似于下圖所示的LIBS光譜圖。通常我們認為等離子體中各種元素的比例與燒蝕樣品的元素比例一致。通過分析特征譜線的強度，可以定量分析出樣品中各種元素的含量。

3.實驗

3.1實驗目的

驗證LIBS系統(tǒng)測量Al,Ca,Si,Fe元素的特征波長是否匹配,并檢測出其它波長峰較為明顯的物質(zhì)。

圖1 樣品圖片

3.2實驗儀器列表

3.3實驗內(nèi)容

圖2 光路實驗示意圖

圖3 測量實驗設(shè)備圖

3.4實驗結(jié)果

數(shù)字標號的樣品具有相似的特征激發(fā)譜線，根據(jù)它們譜圖中的特征峰值進行元素定性分析：

金屬樣品：

金屬樣品具有相似的特征激發(fā)譜線，根據(jù)它們譜圖中的特征峰值進行元素定性分析：

根據(jù)顆粒物的特征激發(fā)譜線圖中的特征峰值進行元素定性分析：

3.結(jié)論

• 通過實驗結(jié)果可以看到，本次激發(fā)的所有樣品都能驗證出Fe,Ca,Si,Al元素的存在。