光谱仪在激光诱导击穿光谱（LIBS）的应用

技术介绍：

激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种通过脉冲激光轰击样品获得样品轰击面区域原子发射光谱的分析方法。其具有快速分析，同时能检测多种元素等特点。经过几十年，特别是近20年的研究发展，LIBS技术已经从实验室逐步向实际利用领域发展，如冶金，文物鉴定，考古等方面。而该技术中除了相关的激光器，快速诊断探测器，光谱仪的使用也至关重要。

产品应用：

LIBS系统的主要构成有激光器，聚焦系统，样品区域，时序控制系统，信号接收装置，光谱仪和快速响应探测器（ICCD）等部分组成。如下图所示：

图1：LIBS系统主要构架

激光器方面一般使用纳秒量级的脉冲激光器，激发波长以532nm或1064nm为主。当然越是窄脉冲激光器对于样品靶面的烧蚀损伤越小，因此近年来科学家也开始使用飞秒激光作为激发源。

快速探测器方面，一般采用ICCD作为标准的LIBS探测器。但是ICCD也并非独一无二的选择。由于LIBS信号的产生是在激发光轰击后的几百纳秒到几微秒产生，且持续时间也有几微秒到几十微秒。因此科学家也可以通过时序控制器调节探测器同激光器之间的延时，用快速的线阵CCD也可以获得较准时间精度的LIBS信号。

LIBS信号的分析受到很多因素的影响，激光器能量的稳定性，探测器的时间精度，时序控制的准确等。近年来，随着LIBS光谱分析从定性往定量检测发展，对于谱仪的要求也越来越高。市场上使用中阶梯光栅光谱仪比较广泛，其特点是可以在一个比较宽的波段范围里检测信号。但是为了获得更高的光谱分辨率，随之而来检测范围也会缩小，同时设备成本也会增加。而传统C-T（Czerny-Turner）结构的光谱仪有着使用方便，性价比高的特点，目前仍然在LIBS领域有着不可忽视的作用。

C-T结构光谱仪可以根据需要更换高刻画线或是低刻画线光栅来获得高分辨或是更宽的光谱。相较于中阶梯光谱仪，其也有着更高的光通量，从而可以检测更弱的信号。另外C-T结构光谱仪也较容易实现较高质量的光谱成像，这可以使得我们获得较高的分辨率和较完美谱线峰型，从而使定量分析变得简单方便。

北京卓立汉光多年来致力于光谱仪的开发和研究，在小型化C-T结构光谱仪（Omni系列）领域走出了一条很有特点的发展之路。

本公司相机推出200mm，320mm，500mm和750mm焦距的C-T光谱仪。750焦距光谱仪，采用1200刻线光栅，可以得到0.03nm的分辨率，轻松解决各种LIBS信号分辨采集。

图2：科学家利用Omni-500谱仪和ICCD采集到的党参样品的成分元素分析

在生物LIBS领域，科学家利用LIBS技术逐渐对植物的重金属含量分析，中药的成分分析进行研究，也获得了很多很有实践意义的成果。上图中我们可以看到，信号的信噪比很突出，并且峰型尖锐，很多离着很近的谱峰可以轻松分辨出来。

图3：我们提供各种光谱仪组合

该类型谱仪有着各种输入和输出接口，入口方面可以连接各种光纤，方便采集信号，出口探测器方面可以接PMT，也可以连接市场上多种类型的ICCD或是CCD。

引用文献：

1. WangJinmei, YanHaiying, ZhengPeichao, TanGuining,1111002,44(2017)

2. YongqiangWang, Maogen Sua, Duixiong Sun, ChaoWu, Xiaomin Zhang,Quanfang Lu, Chenzhong Dong,Microchemical Journal,318,137(2018)

3. Yuanhang Wang,Yang Bu,Yachao Cai and Xiangzhao Wang,Journal of Analytical Atomic Spectrometry,1023,37(2022)