ASI激光剝蝕-激光誘導擊穿光譜復合系統(tǒng)

▉系統(tǒng)概述

Tandem即LA-LIBS復合系統(tǒng)，它可以在獨立的LA模式或LIBS模式下運行，也可以作為LA-LIBS復合系統(tǒng)運行，實現(xiàn)LA-ICP-MS和LIBS之間結果的相互驗證。Tandem既實現(xiàn)了同時進行常量、微量元素及同位素（與ICP-MS聯(lián)用）的全面測量，又實現(xiàn)了包括有機元素、輕質元素、鹵素元素的全周期表測量，并且具有快速元素分布制圖、歸一化ICP-MS等離子體發(fā)射信號、LIBS快速基體匹配修正、LIBS快速掃描樣品、LA深入細節(jié)分析等功能。在軟件方面，功能強大的Clarity Tandem軟件基于光譜和質譜信息，建立光譜和質譜兩個數(shù)據(jù)源疊加的元素譜庫，采用交互驗證的高級校準模型，實現(xiàn)樣品物質中主量元素、次量元素和微量元素的精確定量分析，為不同應用領域提供更強的鑒定分析能力。

▉應用領域

l   環(huán)境保護：土壤、植物、水源、大氣中元素的分析，碳循環(huán)研究

l   地球化學：巖石起源鑒定，測定礦物化學組分

l   能源產業(yè)：石油、煤粉中的元素分析，太陽能電池，新型電池研發(fā)

l   考古應用：辨別來源與贗品識別，藝術品材料表征年代估計

l   司法鑒定：如毛發(fā)、血液分析，推斷物質來源，物質分類和鑒別，偽造物分析

l   材料分析：材料的化學成分分析，元素分布情況研究

l   生物醫(yī)學：臨床病變組織分析，病原體微生物分析藥物成分分析

l   食品安全：地溝油，三聚氰胺，瘦肉精及一些視頻添加劑的分析

l   爆炸物分析：爆炸物分析，核物質分析

l   電子產業(yè)：半導體產品中有害物濃度的快速檢測

l   珠寶鑒定：寶石礦物中元素的分布圖

▉技術特點

l   直接LA采樣進樣，可供ICP-MS分析或LIBS分析，或者兩種方法同時分析

l   同時測量主要/痕量元素以及同位素

l   檢測速度快至幾秒

l   可檢測ICP-MS難以測量的輕質元素、有機元素和鹵族元素，如：C、H、O、N、F等

l   可以做整體分析、夾雜物分析、剖面分析、元素分布圖

l   動態(tài)擴展?jié)舛确秶鷱膒pb級至百分比級

l   雙攝像頭成像系統(tǒng)，輕松標識和選擇采樣區(qū)

l   高穩(wěn)定性Q-switched短脈沖Nd:YAG激光

              ? 波長213nm 或266nm

              ? 脈寬< 5ns @213 nm

l   創(chuàng)新的模塊化系統(tǒng)設計：可用于配置獨立的LA系統(tǒng)、LIBS系統(tǒng)或LA-LIBS復合系統(tǒng)

l   可選3種LIBS檢測器，滿足不同的元素分析需求

l   為確保激光剝蝕的一致性，樣品室配備*的自動高度調整系統(tǒng)，配備激光能量穩(wěn)定器

l   雙視頻成像系統(tǒng)，分別用于高倍成像和寬視野樣品表面成像，輕松定位樣品取樣點

l   ASI公司的Flex樣品室，內置可互換的嵌入塊，優(yōu)化運輸氣流和顆粒凈化能力

l   微集氣管設計，可消除排氣及記憶的影響

l   雙路高精度數(shù)字流量控制器及電控閥門

l   系統(tǒng)控制分析軟件

             ? *控制硬件組件及自動測量

             ? 強大的數(shù)據(jù)分析模塊，用于LIBS和LA-ICP-MS分析

             ? LIBS化學計量軟件，用于識別及分類分析

             ? 運用多種采樣方法：整體分析、微斑及夾雜物分析、剖面分析和元素分布圖

l   低維護費用

l   可升級至飛秒LA系統(tǒng)

l   來自廠家專家團隊的LA/LIBS應用支持

▉基本參數(shù)

l   激光：高功率調Q，Nd:YAG 激光，平頂光束剖面

l   波長213 nm 或 266 nm

l   獨立的LIBS系統(tǒng)，波長還有532nm 和1064nm

l   激光波長213 nm或266 nm，單獨的LIBS系統(tǒng)，波長還有532nm和1064nm可選

l   激光斑：

            5–250微米 @ 213和266 nm

            10-250 微米 @ 532 和 1064 nm

            電動光束擴展和孔徑成像相結合

l   能量密度：>20 J/cm2 @ 213 nm

l   剝蝕點目標：@670 nm紅色激光, 樣品高度自動調整

▉硬件系統(tǒng)

緊湊型模塊化，LA/LIBS雙功能

系統(tǒng)的創(chuàng)新性在于其模塊化設計。該單元可以在獨立的LA或LIBS模式下運行，也可以作為一個LA-LIBS復合系統(tǒng)運行?；诰o湊的激光源和高效的激光束傳輸光學器件，該設備成為美國ASI公司緊湊的激光剝蝕分析儀器。

由于模塊化設計，其使用方式更加靈活，為節(jié)省寶貴的實驗臺空間，激光電源模塊可從主機中分離出來，放置在實驗臺下方。如需擴展LIBS的檢測范圍可在主機上附加一個選配的外部LIBS檢測器模塊。該設備亦可進一步升級為飛秒激光剝蝕分析儀。

自動調整樣品高度，保證剝蝕一致性

設備采用了一種自動調高傳感器，該傳感器的設計考慮到了樣品表面的形態(tài)變化。不論采樣點高度差異如何，這一特性使其能夠保持精確的激光聚焦，在所有采樣點上提供相同的激光能量密度，保證在所有采樣點上實現(xiàn)一致的激光剝蝕。這一創(chuàng)新的傳感器是由美國ASI公司的科學團隊開發(fā)的一項技術。

Flex樣品池可互換嵌入塊，優(yōu)化氣流和微粒凈化性能

根據(jù)檢測目的(主要成分分析、包裹體分析、高分辨率深度分析、元素成像等)，可對樣品池的各個性能指標進行優(yōu)化，包括：沖洗時間、微粒混合、樣品池內的流動特性。Flex樣品池可容納直徑為4英寸的樣品，它使用一組可互換的頂部和底部鑲嵌塊來調節(jié)氣流條件（層流和紊流）和微粒沖洗時間。此外，F(xiàn)lex樣品池的設計為等離子體提供了一個理想視角，從而保證在激光剝蝕過程中進行靈敏的LIBS檢測。

創(chuàng)新的集氣管設計，優(yōu)化脫氣、微粒堆積和記憶效應的影響

采用*的集氣管設計，源自于美國ASI公司旗艦級飛秒激光剝蝕J100系統(tǒng)。該集氣管由不銹鋼和銅組合而成，盡可能地減少了脫氣，防止了任何剝蝕顆粒的堆積，消除了記憶效應。該集氣管更容易組裝，便于定期清潔輸氣管道。

高精度氣流控制系統(tǒng)，實現(xiàn)ICP-MS分析理想氣流

氣體控制系統(tǒng)使用了兩個高精度、數(shù)字化質量流量控制器（MFC）和電子控制閥，用于氬氣、氦氣及補充氣體的流量控制。

運輸氣和補充氣流向樣品池，ICP-MS按順序自動運行，氣體流量被精確控制，實現(xiàn)理想工作氣流，防止等離子體火焰熄滅。預設配置可以選擇輸送氬氣、氦氣或補充氣體。

雙攝像和*的照明系統(tǒng)，呈現(xiàn)高質量樣品視圖

擁有*的照明系統(tǒng)和高倍光學變焦(高達60X)功能，清晰呈現(xiàn)樣品的表面細節(jié)。配備雙高分辨率CMOS成像系統(tǒng)，提供廣角視野和高倍成像，可精確地進行微區(qū)分析(見下圖)。廣角視圖可以保存，也可用于定位樣品不同位置，并使用高倍鏡進行研究。具有LED泛光、透射光和同軸反射光（光的強度和顏色可調）三種獨立的照明模式，以提高圖像質量和對比度。   

可選三種檢測器，豐富了儀器的應用

LIBS檢測器具有以下三種型號：(1) 帶有ICCD的掃描Czerny Turner單色器。(2) 配備ICCD的中階梯光柵。(3) 同步六通道CCD單色器。做為獨立的LIBS儀器系統(tǒng)，亦可同時配備任意兩種檢測器，開辟了新的LIBS檢測功能。憑借其強大的多功能性和創(chuàng)新的檢測器，LA-LIBS復合系統(tǒng)作為創(chuàng)新性的化學分析儀器超越了其他產品。

▉軟件系統(tǒng)

Clarity Tandem（以下簡稱Clarity）是美國ASI公司為J200 Tandem設計的分析工具軟件套裝，它可以用于LIBS系統(tǒng)、LA-ICP-MS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析操作。Clarity軟件能夠處理激光剝蝕進樣過程中LIBS光譜信號和時間分辨ICP-MS質譜信號，并可根據(jù)兩種方法的互補信息進行完整的化學分析。軟件包含用于精確定量分析的高級校準模型，基于LIBS和ICP-MS波譜，軟件可幫助分析人員對樣品進行識別和分類。2D/3D元素分布制圖模塊可使用LIBS和LA-ICP-MS數(shù)據(jù)實現(xiàn)樣品中元素分布的可視化。

輕松處理ICP-MS信號，獲取積分強度及統(tǒng)計數(shù)據(jù)

Clarity軟件具有時間分辨ICP-MS數(shù)據(jù)分析工具，這對獲取精確定量結果和精確統(tǒng)計數(shù)據(jù)至關重要。該軟件指導分析人員如何定義時間積分和背景范圍，并得到相關同位素的積分強度和RSD（相對標準偏差）統(tǒng)計值，也可輕松獲得穩(wěn)定平滑的時間分辨ICP-MS信號和TRSD（時間相對標準偏差）。時間分辨ICP-MS信號處理方法可應用于文件或整個目錄中的所有數(shù)據(jù)，大大縮短了預測信號強度所需的時間。

TruLIBS™數(shù)據(jù)庫，高效識別LIBS譜線

LIBS數(shù)據(jù)整理首先從識別與元素相關的譜線開始。Clarity軟件集成了來自美國ASI公司業(yè)界*的TruLIBS™科研數(shù)據(jù)庫，它是從實測的LIBS等離子體中獲得，并且與理論線預測模型結合在一起，能夠幫助分析人員快速而準確地識別復雜的LIBS譜線。分析人員可以限定搜索條件，如波長范圍、元素分組和等離子體激發(fā)態(tài)，以此縮小搜索范圍。軟件使用TruLIBS™數(shù)據(jù)庫加載收集的LIBS光譜并標記發(fā)射峰。

譜線分析有力工具，快速處理海量數(shù)據(jù)

Clarity軟件是LIBS光譜分析的有力工具，如連續(xù)背景扣除、峰面積積分和光譜重疊峰的曲線擬合等功能，有助于分析人員有效地處理LIBS圖譜并獲得定量結果。分析人員可監(jiān)測多次激光脈沖采樣期間的LIBS光譜強度或不同分析物比例的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。軟件不僅可處理單個LIBS圖譜，而且可同時處理整個文件夾或多個目錄下的數(shù)據(jù)，從而大大縮短分析時間。

光譜和質譜、雙譜線獲取

根據(jù)同位素ICP-MS信號強度計算結果以及痕量元素信息，Clarity軟件生成代表樣品化學指紋的質譜圖。LIBS光譜則提供主要和次要元素的特征信息。Clarity軟件可借助LIBS光譜和質譜數(shù)據(jù)，提供樣品中關于主要、次要和痕量元素全面的化學信息。LIBS和質譜數(shù)據(jù)是形成光譜庫的基礎，*的校準模型正是基于光譜庫進行精確的定量分析。 LIBS光譜和質譜融合在一起，在司法鑒定中提供更強的分辨能力。

強大的校準模型，專為定量分析設計

Clarity軟件允許分析人員使用單變量或多變量校準模型進行非常準確的定量分析。參考標樣濃度值直接賦值給LIBS光譜或ICP-MS質譜強度，可輕松生成單變量校準曲線，軟件附帶常見固體標樣的單變量校準模型。 另外，它也可使用完整的或特定范圍的LIBS光譜或質譜圖創(chuàng)建譜庫，以構建有效的多變量校準模型，準確檢測未知樣品的元素濃度。

光譜質譜聯(lián)動，高效分類識別

Clarity分析軟件具有主成分分析（PCA）功能，可從樣品的LIBS光譜和質譜獲取數(shù)據(jù)，并將二者的差別通過圖形化方式展現(xiàn)出來。Clarity軟件中的PCA功能是對各種樣品進行分類或識別的理想方法，包括玻璃、油漆、油墨、塑料、地質樣本等。軟件還提供名為“Spectralearn"的可選功能模塊，基于最小二乘判別分析（PLS-DA），“Spectralearn"模塊將樣品的LIBS光譜和質譜作為特征圖譜儲存在圖譜庫中，之后任何樣本的譜線都可以與圖譜庫匹配，進行高效識別。

DepthTracker™深度檢測，快速剖面剖析

Clarity軟件中的DepthTracker™能快速監(jiān)測所選元素的LIBS發(fā)射峰強度，在固定點激光脈沖多次采樣中，可以揭示不同深度元素成分的差別。DepthTracker™在確定樣品表面污染物、進行涂層分析、獲知薄膜結構以及識別深層夾雜物等應用領域非常有價值。

2D/3D成像，展示元素分布

Clarity軟件提供了元素分布制圖模塊，可將LIBS強度信號和時間分辨ICP-MS信號轉換為元素的高精度2D/3D圖像。 同時基于LIBS和LA-ICP-MS的檢測數(shù)據(jù)，軟件能夠將整個周期表中所有元素的濃度（范圍ppb ~ %）可視化。軟件呈現(xiàn)的LIBS元素分布圖涵蓋ICP-MS難以處理的主要和次要元素，如輕元素、有機元素以及鹵素，而LA-ICP-MS元素分布圖可展示痕量元素（＜ppm）的分布狀態(tài)。同時使用LIBS和LA-ICP-MS數(shù)據(jù)進行成像，在失效分析、能源材料研究、藥物研發(fā)、司法鑒定和其他新興的分析應用中都是真正具有突破性的元素成像技術。