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激光诱导击穿光谱在生物医学中的应用摘要:概述了激光诱导击穿光谱技术的发展历史及其基本原理,给出了激光诱导击穿光谱技术分类及其应用领域, 并对该技术在生物医学领域中的应用及最新进展进行了详细的阐述,最后通过对研究结果进行分析,得出结论:激光诱导击穿光谱在生物医学这一领域中正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣,具有重要的应用价值和发展前景。
关键词:激光技术;生物医学应用;激光诱导击穿光谱;等离子体中在病例对照研究中有人指出,特定元素缺失与特定癌症有关, 研究表明, 45%的癌症与营养元素有关,是食物中某些营养元素不足造成的。
为了帮助人们解除疾病痛苦, 揭示生命的奥秘,需要激光技术的发展、基础医学的进步以及它们与其它技术领域的融合,以产生更多新的医疗方法。
基于激光与固体、液体、气体和气溶胶相互作用的介电击穿产生的等离子体发射称为激光诱导击穿光谱 (laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术。
自 1962年BRECH最先提出了用红宝石微波激射器诱导产生等离子体的光谱化学方法后,LIBS的应用技术研究成为研究的热点。
LIBS具有高效、痕量、微观准确、灵敏、可在非破坏和非接触的条件下进行分析、无须取样和进行样品预处理、一次光谱可测量多种组分、测量对象可以是固体、液体,也可以是气体等特点。
LIBS广泛应用于固体、液体及气溶胶材料的分析。
已经在工业材料疲劳评价、宇宙空间探索、远程爆炸物探测、考古学研究、陆地碳储量勘探、薄膜分析、环境保护与文化遗产保存等领域得到普遍应用。
但是国内对LIBS的研究还较少,特别是在生物医学方面的应用,国内还没有研究,因此,具有较大的研究空间与研究价值。
LIBS基本原理当一束脉冲强度很大的激光聚焦到检测对象上时,检测物质被快速电离并产生高温、高密度的等离子体。
用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号,从理论上可根据发射光谱的强度进行定量分析。
激光诱导击穿光谱技术在半导体材料检测方面的应用进展武传奇;修俊山
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】2024(45)3
【摘要】对于半导体材料的研究来说,其在材料内部的元素组成以及含量是影响其性能的一个重要因素,常规的检测方法虽然能够检测出样品中成分以及含量信息,但是在这过程中存在成本高、效率低、耗时长、过程较为繁琐等问题。
在分析技术领域不断发展的今天,急需寻找一种便携、新颖、与当今材料相匹配的检测技术。
正是基于以上需求,激光诱导击穿光谱(LIBS)技术逐步走进了大众的视野,对LIBS技术进行了简要介绍,在此基础上着重介绍了利用LIBS技术来分析半导体材料表面的微分析研究与半导体材料金属氧化物纳米薄膜方面的研究进展,介绍了LIBS技术在这两方面检测的优势以及未来LIBS技术在这些方面的发展。
【总页数】6页(P24-29)
【作者】武传奇;修俊山
【作者单位】山东理工大学物理与光电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O43
【相关文献】
1.激光诱导击穿光谱技术在液体检测中的应用进展
2.激光诱导击穿光谱与拉曼光谱技术在危险物检测中的研究进展
3.激光诱导击穿光谱技术在金属元素检测中的应
用研究进展4.激光诱导击穿光谱和激光超声技术在钢轨检测中的应用5.激光诱导击穿光谱在金属材料在线分析方面的应用进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光诱导击穿光谱技术及其在药学中的应用摘要：激光诱导击穿光谱法是一种基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱的元素分析方法。
自LIBS问世以来，就被公认为是一种前景广阔的技术。
LIBS实验方法简单，在微小区域分析可弥补传统元素分析方法的不足，除了用于传统的实验室分析外，LIBS还是一种为数不多的可手持、便携式的元素分析技术。
由于无需复杂的前处理过程，LIBS技术简便、快速，非常适合大批量样品的快速、现场或在线检测，正在为分析领域带来众多的创新应用。
关键词：激光诱导等离子体；激光诱导击穿光谱；元素分析；定性；定量引言：激光诱导击穿光谱技术（LIBS）基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱，是一种正在发展中的对样品中元素成分进行快速、现场定性定量检测的分析技术。
本文介绍了LIBS的由来、基本原理、实验装置和实验方法特点，综述了LIBS在药学方面的应用。
分析得出LIBS技术应用方便快捷，能快速辨识药品真伪且应用前景广泛，有利于药品市场的质量监管，在药物分析中将获得更为广泛的应用。
1激光诱导击穿光谱技术的概述激光诱导击穿光谱技术（laserinductedbreakdownspectroscopy,LIBS）是一种原子发射光谱技术，适用于所有物质（气态、液态、固态），具有快速、微损、样品准备简单和多元素同时探测等优点，广泛地应用于爆炸物检测、文化遗产、生物医学分析、土壤重金属检测、地质分析、食品安全等领域。
利用LIBS技术和化学计量学方法结合可实现待测样品的分类识别。
2在药学领域的应用2.1化学药品LIBS技术在药物分析领域的应用已获得成功，非常适合用于药品生产质量控制、过程分析和监控。
由于在气体和液体样品测量中涉及相对复杂的辅助装置，较低的采集效率、容易导致的样品溅射污染等缺点，LIBS更适合用于固态包括粉末状压制成片剂后的样品分析。
以下介绍LIBS用于片剂和包衣分析的一些代表性的研究。
LIBS可用于多组分片剂的实时分析，以特征的元素原子发射谱线（如药物中磷和润滑剂中镁）进行定量分析，实现组分相近药物的快速区分。
低温等离子体激光诱导击穿光谱
低温等离子体和激光诱导击穿光谱是两种不同的技术，它们在科学研究和工业应用中都有广泛的应用。
低温等离子体是一种由气体原子或分子在低温下被电离后产生的电离气体。
在低温等离子体中，电子和离子的浓度非常高，这使得等离子体具有很高的导电性和化学活性。
低温等离子体在材料加工、表面处理、环境保护等领域有着广泛的应用。
激光诱导击穿光谱是一种发射光谱分析技术，通过高能脉冲激光与物质相互作用生成等离子体，并在对辐射光谱中原子、离子或分子基的特征谱线检测分析之后获得待测物质组成的定性与定量信息。
这种技术可以用于对物质进行成分分析和结构分析，具有高灵敏度、高分辨率和高速度的优点。
虽然低温等离子体和激光诱导击穿光谱是两种不同的技术，但它们在某些应用中可以相互补充。
例如，在材料加工和表面处理中，低温等离子体可以用于处理表面，而激光诱导击穿光谱可以用于检测处理后的表面成分和结构。
需要注意的是，低温等离子体和激光诱导击穿光谱都是高技术领域，需要专业的知识和技能才能正确地应用它们。
同时，这些技术也涉及到一些安全问题，例如激光的辐射安全和等离子体的控制等问题，因此在使用这些技术时需要严格遵守相关的安全规范。
激光诱导荧光光谱仪的特点及应用介绍激光诱导荧光光谱仪（LIF）是基于激光荧光光谱技术的一种仪器。
使用激光束激发样品中的荧光分子，再通过荧光分子发出的光进行分析和检测。
本文将介绍LIF的特点及其应用。
一、LIF的特点1. 高分辨率LIF检测方法的检测灵敏度非常高，可以达到ppb（10-9）的级别。
同时，它的分辨率也极高，可以轻松实现nm（10-9）级别的分辨能力。
2. 非破坏性检测LIF的激发方法是使用激光来刺激样品中的荧光分子，因此不需要使用试剂或化学处理样品。
这种非破坏性检测方法可以有效避免样品被污染或被毁坏的风险。
3. 灵敏度高LIF仪器可以检测非常小的样品量，通常只需要微升级别的样品，即可得到足够的信号。
此外，LIF还有极高的分析速度和高精度。
4. 检测范围广LIF可以对多种物质进行检测，包括生物分子、有机物、无机盐、气体等等。
这种广泛的检测范围使得LIF成为一种多功能性的检测技术，可以用于许多不同领域。
二、LIF的应用1. 生物医学领域LIF在生物医学领域的应用非常广泛，常被用于病原体检测、药物筛选、生物分子的研究等方面。
因为LIF具有非常高的灵敏度和分辨率，所以能够检测到非常微小的基因和蛋白质，有助于生物医学领域的诊断和治疗。
2. 环境监测LIF也可以被应用于环境监测领域，比如空气和水质的检测。
以卤代烃类物质为例，使用激光激发样品中的卤代烃分子，通过监测荧光信号，可以得知样品中的卤代烃物质浓度。
此外，LIF还能在行星地质学、气象等方面应用。
3. 药物研发药物研发中，LIF被广泛用于药物筛选和分析。
使用LIF检测药物作用的生物分子，可以准确地测定药物的作用和分布。
4. 食品安全检测LIF也可以用于食品安全监测。
比如使用LIF检测食品中的有害物质，就能够快速准确地检测出未加工，在加工过程中添加的可以残留在食品中的有害物质。
结论总之，激光诱导荧光光谱仪（LIF）以其高分辨率、非破坏性检测、高灵敏度、广泛的检测范围等特点，在生物医学、环境监测、药物研发和食品安全方面都具有重要的应用价值。
激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）姓名：李记肖学号：3114313040班级：电子硕4128班邮箱：465471316@1激光诱导击穿光谱技术（LIBS ）简介激光诱导击穿光谱技术（Laser Induced Breakdown Spectroscopy ）简称为LIBS，是由美国Los Alamos国家实验室的David Cremers研究小组于1962年提出和实现的。
自从1962年该小组成员Brech最先提出了用红宝石微波激射器来诱导产生等离子体的光谱化学方法之后，激光诱导击穿光谱技术开始被广泛应用于多个领域，如钢铁成分在线分析、宇宙探索、环境和废物的监测、文化遗产鉴定、工业过程控制、医药检测、地球化学分析，以及美国NASA的火星探测计划CHEMCAM等，并且开发出了许多基于LIPS技术的小型化在线检测系统。
2LIBS发展概况自1960年世界上第一台红宝石激光器问世，两年后Brech和Cross就实现了固体样品表面的激光诱导等离子体，开启了LIBS技术的历程。
1963年，调Q激光器的发明大大促进了LIBS技术的发展，这种激光器的单个短脉冲具有极高的功率密度，足以产生光谱分析所需的激光等离子体。
因此调Q激光器的发明被称为LIBS技术诞生的标志。
1965年Zel ' dovichnd Raizer把LIBS技术的应用延伸到气体样品。
70年代初，Jarrell-Ash和Carl Zeiss制造了世界上第一台工业应用LIBS设备，需要说明的是，这套LIBS设备中，短脉冲激光用于烧蚀样品，然后用电弧激发样品。
美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）曾致力于LIBS分析技术的机理研究和应用，在1987年将其应用于乏燃料后处理工艺中铀浓度分析。
在八十年代，LIBS被应用于液体样品以及分析土壤中的金属及污染物。
德国卡尔斯鲁厄核中心从上世纪90年代初开始，致力于将LIBS应用于高放废液玻璃固化工艺控制分析，获得巨大成功，随后模拟高放废液玻璃固化体中27种元素的实时定量分析。
激光诱导击穿光谱原理
激光诱导击穿光谱技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体，进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量。
超短脉冲激光聚焦后能量密度较高，可以将任何物态（固态、液态、气态）的样品激发形成等离子体，LIBS技术（原则上）可以分析任何物态的样品，仅受到激光的功率以及摄谱仪&检测器的灵敏度和波长范围的限制。
再者，几乎所有的元素被激发形成等离子体后都会发出特征谱线，因此，LIBS可以分析大多数的元素。
如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于评估每个构成元素的相对丰度，或监测杂质的存在。
在实践中，检测极限是：1、等离子体激发温度的函数，2、光收集窗口，3、所观查的过渡谱线的强度。
LIBS利用光学发射光谱，并且是该程度非常类似于电弧/火花发射光谱。
激光诱导击穿光谱技术研究的新进展刘 佳,高 勋,段花花,林景全(长春理工大学理学院,长春 130022)提要:激光诱导击穿光谱技术(LIBS )是一种基于原子发射光谱学的物质组分分析技术。
随着激光技术和光学检测技术的发展,激光诱导击穿光谱技术已经成为光谱学领域的研究热点。
尤其是近几年,LIBS 技术发展迅速,涌现出多种LIBS 的激发和探测新技术。
在光谱激发方面,出现了如飞秒激光及飞秒激光大气中长距离成丝诱导击穿光谱技术,双脉冲激光诱导击穿光谱技术等。
在光谱探测方面,出现了时间分辨激光诱导击穿光谱技术,偏振分辨激光诱导击穿光谱技术等。
本文将对这几种LIBS 中所出现的新技术进行介绍并给出LIBS 技术的发展趋势。
关键词:原子发射光谱;激光诱导击穿光谱;时间分辨;偏振分辨;中图分类号:TN248.1 文献标识码:A 文章编号:0253-2743(2012)01-0007-04Latest development of laser induced breakdown spectroscopyLIU Jia,GAO Xun,D UAN Hua-hua,LIN Ji ng-quan(School of Science,Changchun Universi ty of Science and Technol ogy,Changchun 130022,Chi na)Abs tract:Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)is a technique based on atomic spectroscopy for the anal ysi s of the elementary c omposi ti on and concentration of materials.With the development of laser tec hnique and optical detection technique,LIBS has become a focus in the s pectrometric field.Particularl y in recent years,LIBS technique develops very quickly.There e merge many new excitation and detection techniques of LIBS.At the as pect of plas ma excitati on;there are femtosecond-LIBS ,filamentation LIBS,and dual pulse LIBS.At the aspec t of s pectral detection;there are ti me-resolved LIBS and polarization-resolved LIBS.This paper gives a revie w of these new LIBS techniques.K ey words :atomic emi ssion spectroscopy;LIBS;time-resolved LIBS;PRLIBS收稿日期:2011-12-16基金项目:国家自然科学基金(60978014),吉林省科技厅基金(20100168,20090523,20100521),长春市科技局国际合作项目(09GH01),长春理工大学大学生创新性实验计划项目(2010A0103)作者简介:刘 佳通讯作者:林景全(1966-)激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱的元素分析技术。
word激光诱导击穿光谱的原理、装置与在地质分析中的应用摘要激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种目前正在开展中的对样品中元素成分进展快速、现场定量检测的分析技术。
为了了解激光诱导击穿光谱技术(LIBS)技术和开展现况以与这项技术的应用情况，在课堂学习和相关根底实验的根底上，通过查阅相关文献和书籍进展了分析、整理、归纳。
文章从LIBS的由来、根本原理和实验装置进展了综述，讨论了激光诱导击穿光谱技术在地质分析方面的应用。
LIBS技术应用方便快捷，且应用前景广泛。
关键字：激光诱导击穿光谱；元素分析；地质分析The Principle and Device of Laser InducedBreakdown Spectroscopyandits Application in Geological AnalysisABSTRACTLaser-induced breakdownspectroscopy(LIBS)is a kind of analysis technique currently in development ,which is applied for rapid and on-site quantitative detection of the elements of the sample.To prehend the laser induced breakdown spectroscopy(LIBS)technology,the current development status of LIBStechnology and the application of the technology, LIBS technology was analyzed, arranged, and summarized on the basis of classroom learning , the related basic experiments and consulting relevant literatures and books. The origin, basic principle and experimental apparatus of LIBSare reviewed in this paper and the applications of laser induced breakdown spectroscopy in geological analysis are discussed.The application of LIBS technology are fast and convenient and LIBS technology will have broad application prospects.Key words:Laser InducedBreakdown Spectroscopy;elemental analysis;geological analysis1引言 (1)2激光诱导击穿光谱的原理 (2)3激光诱导击穿光谱的装置 (3)激光诱导击穿光谱的实验装置 (3)4激光诱导击穿光谱在地质分析中的应用 (5)激光诱导击穿光谱技术的应用现状 (5)激光诱导击穿光谱技术在地质方面的应用 (5)激光诱导击穿光谱技术在其他方面的应用 (7)5分析与讨论 (7)结果分析 (8)激光诱导击穿光谱技术的优点 (8)激光诱导击穿光谱技术的局限 (8)6结论 (8)参考文献 (9)激光诱导击穿光谱法(Laser Induced Breakdown Spectroscopy )简称为LIBS，是由美国Los Alamos国家实验室的David Cremers研究小组于1962年提出和实现的。
激光诱导荧光光谱激光诱导荧光光谱（Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy，简称LIF）是一种常见的光谱分析技术，广泛应用于生物医学、环境、材料等领域。
本文将介绍激光诱导荧光光谱的基本原理、应用和发展趋势。
激光诱导荧光光谱是一种通过激光进样样品，通过光的诱导机制产生荧光，并通过光谱分析荧光特性来判定样品的成分和性质的技术。
在LIF中，激光光源通过光学透镜成一个点，照射到样品表面或样品内部。
样品中的分子吸收入射光能量，并通过电荷转移或激发态跃迁的方式将能量转化为荧光。
荧光光子经过处理后，通过光谱仪进行检测和分析，得到荧光光谱信息。
通过分析荧光光谱特征，可以了解样品的化学成分、结构和性质。
激光诱导荧光光谱在生物医学领域有广泛应用。
例如，通过荧光标记蛋白质、细胞或分子，可以实现对生物分子和细胞的检测和定位。
通过针对特定蛋白质或染料的荧光探针，可以实现对细胞内生化分子的成像和分析。
光谱分析可以提供准确的信息，用于诊断和研究各种疾病，如肿瘤、心血管疾病等。
此外，激光诱导荧光光谱还在环境监测和材料科学等方面得到广泛应用。
LIF技术的优点之一是其高灵敏度和选择性。
由于荧光往往是一个特定基团或物质的属性，因此可以通过荧光信号来识别不同的化学物质。
同时，激光诱导荧光光谱也具有高灵敏度，可以检测到非常低浓度的物质。
这使得LIF在追踪和分析环境中微量物质、检测生物分子以及荧光探针的研发等方面具有潜力。
此外，LIF技术还具有快速性和非破坏性。
相对于传统的化学分析方法，激光诱导荧光光谱可以快速获取样品的荧光光谱信息，避免了长时间的化学反应和分析步骤。
同时，LIF对于样品的破坏非常小，可以进行无损检测，保留样品的完整性和结构。
然而，激光诱导荧光光谱在应用中也面临一些挑战。
首先是荧光信号的强度。
由于背景荧光或其他干扰信号的存在，荧光信号常常被掩盖或稀释。
因此，需要采取一系列信号增强和背景抑制的手段来提高信噪比。
激光诱导击穿光谱技术在液体中的研究进展作者：甘兰萍来源：《报刊荟萃（上）》2018年第02期摘要：激光诱导击穿光谱技术是一种利用高功率激光作用于物质表面激发等离子体信号，进而对元素进行定性、定量检测的有效途径。
本文介绍了LIBS技术的原理，双脉冲相对于单脉冲的优势，重点讨论了该技术在液体样品方面的技术发展和应用，并分析比较了液体内部、液体表面、液体喷流、液滴以及将液体转化为固体的优势，LIBS技术在液体中的检测方面还具有重大的应用潜力。
关键词：光谱学；激光诱导击穿光谱；液体；元素检测一、激光诱导击穿光谱技术简介激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）是一种最为常用的激光烧蚀光谱技术，是典型的一种能够实现在线、无损、快速的物质成分检测方法。
其工作原理是利用高功率激光经透镜聚焦在气体、液体或固体样品上，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量，就会在局部产生等离子体，称作激光诱导等离子体；通过光学收光系统对激发的等离子体中的原子和离子发射特征光谱进行收集，再通过光谱仪测量这些特征谱线的波长和对应的光谱强度，进而实现对物质成分进行定性和定量分析。
由于这种等离子体局部能量密度及温度相当高，因而可用于取样、原子化、激发及离子化等工作。
用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号，从理论上可以根据发射光谱的强度进行定量分析。
LIBS突出的优势在于检测速度快、破坏性小，无需样品制备或只需对样品进行简单的物理制备，可用于有毒和有害环境以及远程实时多元素同时检测，且不受样品形态的影响，可广泛应用到固体、液体、气体的元素分析中。
基于这些优势，使得LIBS技术在环境污染的痕量分析研究中受到越来越多的重视。
由于单脉冲LIBS的检测限、稳定性等方面还不能真正满足实际应用的需要，对于如何提高LIBS技术检测的灵敏度和稳定性的问题成为了很多课题组的研究重点，继而出现了多种有关激光诱导击穿光谱在各个领域的探测新技术，双脉冲激光诱导击穿光谱技术的产生就是其中之一。
激光诱导击穿光谱技术及其在物质成分分析中的应用彭玲玲，韩见同，温冠宏，王鹏展，孙对兄，苏茂根，董晨钟原子与分子物理与功能材料重点实验室，甘肃，兰州，730070西北师范大学物理与电子工程学院，甘肃，兰州，730070摘要随着生产需要的发展，有害环境下元素的检测、工业在线监测、快速在线测量等对分析方法和技术方面的需求向传统的原子发射光谱分析方法提出了挑战，急需一种新的技术来解决日益发展的需求矛盾。
而LIBS技术具有快速、灵敏、现场实时测量等特点，其在这些方面具有巨大的潜力，在很多领域显示出它突出的优势和能力。
本文介绍了我们实验室搭建的典型LIBS实验装置及其基于该装置开展的LIBS方面的部分工作。
关键词 激光诱导击穿光谱 元素分析 等离子体 自由定标 重金属元素1引言激光诱导击穿光谱是近几十年随着激光技术以及光谱仪器的发展而兴起的新的痕量元素的探测手段。
用聚焦后的一束高能激光照射到样品材料上，靶表面焦点处的温度迅速上升（一般为几十到几百个纳秒），使得作用区内的样品材料开始熔化，并高速向外喷射，喷射过程中熔融粒子通过吸收激光能量和碰撞过程进一步被分解、激发和电离，从而形成等离子体羽。
这种等离子体作为辐射光源，可以对样品材料的元素成分及其含量进行半定量和定量分析，该技术被称为激光诱导击穿光谱（LIBS）。
因其可远距离实时在线检测、多元素分析、原位测量等优势，已经被广泛应用于固体[1]、液体[2-3]、气体[4]中痕量元素的检测和分析。
本文通过激光诱导击穿光谱技术分析了标准铝合金、枸杞芽、土壤、烟草和烟灰，废旧电池以及生物小球藻中元素的组组成及其含量。
2实验装置激光诱导击穿光谱实验装置如图1所示。
激光光源通常为Nd:YAG脉冲激光器，激光束经过半反射镜后经透镜聚焦在样品上，激光与样品作用后产生等离子体，其发射光谱信号通过石英透镜成像到光谱仪的入射狭缝中（也可以用光纤直接探测），光谱仪的出口安装有ICCD探测器，其可以测量经光谱仪分光后的光谱信号。
激光诱导击穿光谱技术相关物理机制研究进展
刘瑞斌;殷允嵩
【期刊名称】《中国光学(中英文)》
【年(卷),期】2024(17)1
【摘要】激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)是利用强脉冲激光与物质相互作用所产生的等离子体光谱来实现对物质组成元素定性和定量分析的一种新方法。
在脉冲激光诱导等离子体的过程中,不同的激光参数(能量、脉宽、波长)、检测过程中的环境条件以及材料本身的特性等,对激光诱导等离子体的物理机制都有不同程度的影响,进而影响LIBS定量分析的结果。
本文综述了现阶段LIBS技术中包括LIBS基本原理、激光参数区别、环境和材料特性差异所涉及的物理机制。
为深入理解激光与物质相互作用、提升LIBS检测能力提供了依据。
【总页数】19页(P19-37)
【作者】刘瑞斌;殷允嵩
【作者单位】北京理工大学物理学院
【正文语种】中文
【中图分类】O433.1;O433.4
【相关文献】
1.激光诱导击穿光谱与拉曼光谱技术在危险物检测中的研究进展
2.激光诱导击穿光谱增强机制及技术研究进展
3.激光诱导击穿光谱技术应用研究进展(特邀)
4.激光诱导击穿光谱技术在提高矿冶分析准确度的研究进展
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光诱导击穿（LIBS）光谱技术LIBS 的工作原理激光弧光光谱（LASS）、激光诱导等离子光谱（LIPS）或者更常见的叫法激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种原子发射光谱，它使用脉冲激光器作为激发源。
它的基本原理请参见下面的示意图。
脉冲激光器(比如调Q的Nd:Y AG激光器) 的输出激光脉冲被聚焦到被测物体的表面。
仅使用小型激光器和简单的聚焦透镜，就可以在激光脉冲的持续时间内（典型值是10ns）使被测材料表面的激光功率密度超过1GW/cm2。
LIBS 原理示意图在如此之高的激光功率密度作用下，被测材料表面就会有几微克的物质被喷射出来，这个过程通常被称为激光剥离，同时材料表面还会产生寿命很短但亮度很高的等离子体，其瞬间温度可达10,000oC 。
在这个热等离子体中，喷射出来的物质离解成激发态的原子和离子。
在激光脉冲结束后，由于等离子体以超音速向向外扩展所以迅速地冷却下来。
在这段时间内，处于激发态的原子和离子从高能态跃迁到低能态，并发射出具有特定波长的光辐射。
用高灵敏度的光谱仪对这些光辐射进行探测和光谱分析分析，就可以得到被测材料的元素构成信息。
在测量时要使用带门控的探测器来记录激光脉冲延迟一段时间后所产生的激光等离子体的光辐射，这是由于只有在等离子体已经膨胀并开始冷却时才会出现原子或者离子的特征辐射谱线。
从下面的光谱图中展示了在不同的探测器采样时间延迟下得到的锝的特征辐射谱线，从中可以看出在快门延迟10 微秒时得到的谱线强度最大。
对任何材料的真正无损检测由于在测量过程中只消耗极微小的一部分材料，所以LIBS技术可以说是真正意义上的无损检测。
由于入射到样品上的平均功率还不到1W ，所以激光对样品的加热效应基本上可以忽略不计。
从理论上讲，利用LIBS技术可以对任何材料进行元素分析，不论它是什么物理状态：固态、液态、气态和各种混合物如煤泥、泥浆、矿石、废料、污水等都曾经被成功地分析过。
固体、气体和液体的LIBS 分析远程分析能力由于LIBS技术实质上是一个全光学的技术，只需用光接触被测样品即可完成分析。
激光诱导击穿光谱及其应用研究进展
钢铁研究总院测试所
贾云海
激光诱导击穿光谱原理
激光诱导击穿光谱法（Laser Induced Breakdown Spectroscopy 或 Laser Induced Plasma
Spectroscopy）简称为 LIBS 或 LIPS，由美国 Los Alamos 国家实验室的 David Cremers 研
究小组 1962 年提出和实现。该技术是目前国际非常流行，极具价值，非常有前景的分析工
具 激光经透镜聚焦在样品表面，当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量时，就会在局部产
生 等离子体，称作激光诱导等离子体。用光谱仪直接收集样品表等离子体产生的发射谱线信
号， 根据发射光谱的强度进行定量分析 。
激光诱导等离子体发射谱线的形成过程
（a）多光子电离形成等离子体
(b) 轫 致辐射及电子自由跃迁形成的宽带发射，主要为等离子
体中各元素的电离线形成的连续背景谱线，该过程需几百纳秒。 (c)能级跃迁形成的谱线
发射，谱线强度与元素浓度成正比。该过程通常持续几微秒，是
进行元素定量分析的重要环节
激光诱导击穿光谱技术的优势
■ 分析简便、快速，无须烦琐的样品前处理过程；
■ 对样品尺寸、形状及物理性质要求不严格，可分析不规则样品；可分析导体、非导
体材料，以及难熔材料；可测定固态样品，还可以测定液态、气态样品；
■ LIBS 具有高灵敏度与高空间分辨率，可进行原位微区分析；
■ 可进行样品痕量分析，现场分析以及高温、恶劣环境下的远程分析
激光诱导击穿光谱在环境领域中的应用 激光感生击穿光谱的应用研究进行得最早、最深入
的是环境领域，libs 主要用于探测水、 土、空气中重金属，监控水、土、空气的污染状
况。以土壤分析为例：
□ 传统的化学检测方法需要在实验室里进行并耗费大量的时间用来进行制备、溶解、
离子交换等工序
□ Libs 可实现实时快速分析土壤中的 Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb 和 Zn 等 7 种重金属元
素，与用 ICP-AES 的测量方法比较,误差都不超过 6%
激光诱导击穿光谱在冶金领域中的应用
激光诱导击穿光谱可应用于炼钢工艺流程中各个环节：
1 高炉炉气分析 2 炉渣分析 3 液钢分析
4 钢材缺陷分析 5 成品钢材料筛选 激光诱导击穿光谱在冶金领域中的应
用 - 炉气分析 不影响冶金工艺流程的情况下，通过对炉气的探测监控冶炼过程中
的传热传质过程 高炉炉顶条件:
■ 平均温度；180℃
■ 气体流速；10～20m/s
■ 平均气压：2.3 bar.
氮气作为一种吹扫气体，炉顶气体中氮氩比室检测取样系统故障的标志，而且对于计算铁水
冶炼过程中的物质平衡也非常重要，采用双脉冲技术，可实现对氮气的探测。其他测量元素
包括：Na, K, Zn, Pb, C, O, H, Ca Fe. 测量含量范围：2.46 x 10-3 ～ 1.84 x 10 -2 g/m3 ，
相对标准偏差：2.3% to 7%.
激光诱导击穿光谱在冶金领域中的应用-钢液的直接分析
■ 传统离线分析法：钢液取样，样品凝固，升降台送样，样品预 处理后
用火花光谱仪对炉前样品进行分析。
■ 激光诱导击穿光谱：对高温钢液在线直接分析，使及时调整熔体成分成为可能，降
低了冶炼成本，提高生产效率。
1 激光器 2 聚焦镜
3 激光电源 计算机
4 反射镜
5 聚焦镜
6 感应炉
7 坩锅 高温下
钢液谱图
高温钢液的谱图比常温下复杂很多，且高温下光谱信号也极不稳定，通过增加激发的次数，
多点平均平滑处理获得了良好的效果。
钢液的分析结果
LDR ：线性动态范围
R2: 相关系数
LOD: 检测限 RSD：五次测量的
相对标准偏差 SD: 五次测量的
标准偏差
激光诱导击穿光谱在冶金领域中的应用-钢材缺陷分析
缺陷检测的传统方法-电子探针微分析(EPMA)
• 样品制备耗时多
• 操作需要特殊技术
很难满足大量样本的快速检测
LIBS 和 EPMA 分析结果对照
LIBS 可以迅速判断缺陷类型
LIBS 和 EPMA 分析过程比较
激光诱导击穿光谱在冶金领域中的应用-材料筛选 由于可靠耐用、对环境耐受性强、响应
快、自动化、易于现场操作，LIBS 技术已被成功地 用于工业生产过程控制与材料筛选。
全自动化激光诱导击穿光谱系统用于自动钢产品筛选，以下过程都由软件控制完成。
■ 机器人：样品取放
■ 激光激发控制
■ 数据处理
■ 样品取放到位的探测
■ 标样的曲线标定 激光
诱导击穿光谱分析不锈钢的性能
Fe: 25.721~96.465 Cu: 0.019~208 Mn: 0.18~13.794
Cr: 1.155~28.34 Mo: 0.01~3.105
Ni: .1~39.745 Ti: 0.004~0.476
■ 自动筛选条件：
Fe≤0.7%; Cr≤0.25%
Ni≤0.25% Cu≤0.03%
Mo≤0.03% Ti≤0.05%
■ 分析结果
样品数：134
➢ 耗时：80min
➢ 平均每个样品分析时间（包括预处理时间）为：36s
➢ 检验准确率：100％
过去采用 X 荧光分析,每个样品分析耗时至少 15 分钟，激光诱导光谱法用于现场的钢产品筛
选，可大大提高了生产效率，
激光诱导击穿光谱在深空探测领域中的应用
LIBS 在深空探测的优势：
• 遥感探测，LIBS 可以对登陆车无法到达的区域进行探测
• 表面清洁能力—利用重复脉冲除去目标表面的尘土和风华层， 使得探测结果更 加
真实有效
• 与阿尔法质子 X 射线谱仪数小时的积分时间相比，LIBS 可以实现几分钟的快速探测，
极大的增加了登陆车在有限的工作时间内的有效数据。
90 年代初期开始，美国投入了巨大的精力研究 LIBS 技术在深空探测领域的可行性，并计划
在 2009 年的 MSL 火星车上装载 LIBS 探测仪器。图为轻型 LIB S 探测火星土壤的化学成分。
激光诱导击穿光谱在其他领域中的应用
由于 LIBS 不用预处理，局部分析区域小、空间分辨率高、不破坏分析对象，可应用在艺术、
玻璃、眼镜、医学等行业。典型应用举例：
□ 定量分析古陶器的釉中的 Fe,Ca,Mg,Al 和 Si 等。
□ 联合了喇曼显微技术分析，鉴定古代的油画和壁画、插画等
□ 定量分析古代玻璃，测定硅酸盐材料中的硼等其他轻元素，而且测定微量元素精度
在 ppm 水平
□ 分析眼镜中的 Pb 含量，辨别不同种类的眼镜
□ 利用 LIBS 研究牙齿，腿骨中痕量元素含量，研究钙化物的形成与自然环境、生理和
医学的关系
激光诱导击穿光谱应用前景展望
■ LIBS 的优越性在于无须制样、直接快速、样品损失少、灵敏度高、用途广泛。它不
仅可以提供微观的物质结构、化学成分及其变化信息，而且适合于各种形态、尺寸
的样品，是目前极为活跃也很有发展前景的研究领域
■ 随着激光技术的发展，新的光学方法将使仪器更加小型化并有助于成本的降低，从
而促进 LIBS 技术的进一步推广与应用。
可以预言，LIBS 的将会在人们生产生活的各方面得到广泛的应用。
