J200TandemLA-LIBS激光剝蝕-激光誘導(dǎo)擊穿光譜復(fù)合系統(tǒng)激光剝蝕-激光誘導(dǎo)擊穿光譜復(fù)合系統(tǒng)（LA-LIBS）一、技術(shù)背景J200飛秒激光進(jìn)樣系統(tǒng)來自美國應(yīng)用光譜公司（ASI），ASI公司是一家專門研究激光剝蝕及光譜分析技術(shù)的高科技公司，研發(fā)人員均為美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的科研人員

詳細(xì)介紹

J200 Tandem LA-LIBS 激光剝蝕-激光誘導(dǎo)擊穿光譜復(fù)合系統(tǒng)

激光剝蝕-激光誘導(dǎo)擊穿光譜復(fù)合系統(tǒng)（LA-LIBS）

一、技術(shù)背景

J200飛秒激光進(jìn)樣系統(tǒng)來自美國應(yīng)用光譜公司（ASI），ASI公司是一家專門研究激光剝蝕及光譜分析技術(shù)的高科技公司，研發(fā)人員均為美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的科研人員。

美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）具有80多年LIBS技術(shù)的研究經(jīng)驗(yàn)，將該技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體、環(huán)境領(lǐng)域的*技術(shù)相融合，致力于激光誘導(dǎo)等離子體光譜和剝蝕技術(shù)在化學(xué)分析領(lǐng)域的應(yīng)用和開發(fā)，使元素化學(xué)分析簡單快速化，測(cè)量結(jié)果化，分析過程綠色化。

Dr. Rick Russo為實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家，他及其團(tuán)隊(duì)在激光剝蝕領(lǐng)域具有很高的國際聲望。其本人從事激光與材料相互作用機(jī)理及相關(guān)應(yīng)用研究達(dá)30余年，對(duì)于*的激光、光譜儀器、成像系統(tǒng)、計(jì)算及電子器件具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文300余篇，獲得22項(xiàng)Z L。Dr.Russo從1982年至今在美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室工作，目前，是該實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家。Russo博士于2004年創(chuàng)建了ASI公司，將激光剝蝕/光譜技術(shù)商業(yè)化，應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體、環(huán)境和國防領(lǐng)域。公司成立之初就與美國、能源部、國家航空和宇宙航行局簽訂了多個(gè)合同。

二、系統(tǒng)功能及用途

激光剝蝕—激光誘導(dǎo)擊穿光譜相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了LIBS與LA-ICP-MS的同時(shí)測(cè)量，具備多種測(cè)量功能：同時(shí)測(cè)量常量、微量元素及同位素（與ICP-MS聯(lián)用）；分析有機(jī)元素及輕元素；快速元素制圖；歸一化ICP-MS等離子體發(fā)射信號(hào)。可用于礦物元素定量分析、鋯石U-Pb定年、礦物熔體及流體包裹體分析、微區(qū)同位素分析和定年技術(shù)研究等地質(zhì)研究領(lǐng)域。能夠同時(shí)測(cè)定主要元素、微量元素以及同位素，快速繪制元素圖。

激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)可與市面上的普通四極桿質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀和多接收質(zhì)譜儀等常見質(zhì)譜儀聯(lián)用。

三、硬件特點(diǎn)

針對(duì)雙重LA/LIBS性能而設(shè)計(jì)的緊湊、模塊化系統(tǒng)

J200系統(tǒng)的性在于其模塊化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該單元可以在獨(dú)立的LA或LIBS模式下運(yùn)行，也可以作為一個(gè)LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行。基于緊湊的激光源和有效的激光束傳輸光學(xué)期間，J200是應(yīng)用光譜公司緊湊的激光剝蝕分析儀器。

主體包括激光源、激光束傳輸光學(xué)器件、Flex樣品室、氣體流量控制系統(tǒng)以及LIBS檢測(cè)器。為了節(jié)省寶貴的實(shí)驗(yàn)臺(tái)空間，激光電源模塊可以從主機(jī)中分離出來，放置在實(shí)驗(yàn)臺(tái)下面。為了使其更加靈活，可以在主體上附加一個(gè)可選的外部LIBS檢測(cè)器模塊，以擴(kuò)展系統(tǒng)LIBS的檢測(cè)范圍。J200可以進(jìn)一步升級(jí)為飛秒激光剝蝕分析。

自動(dòng)調(diào)整樣品高度，保證激光剝蝕的一致性

J200采用了一種自動(dòng)調(diào)高傳感器，該傳感器的設(shè)計(jì)考慮到了樣品表面的形態(tài)變化。這一特性使得J200能夠保持的激光聚焦，不論高度差異如何，在所有采樣點(diǎn)上提供相同的激光通量，并在所有采樣點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)一致的激光剝蝕。這一創(chuàng)新的傳感器特性是由應(yīng)用光譜公司的科學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一項(xiàng)Z L技術(shù)。

具有可互換鑲嵌模塊的Flex樣品室，以優(yōu)化氣流和微粒沖洗性能

根據(jù)測(cè)量目標(biāo)(主要成分分析、包裹體分析、高分辨率深度分析、元素成像等)，有必要對(duì)樣品室的各個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，指標(biāo)包括：沖洗時(shí)間、顆粒混合、樣品室內(nèi)的流動(dòng)特性

J200的Flex樣品室的設(shè)計(jì)能夠容納直徑為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(diào)節(jié)氣流條件（層流和紊流）和微粒沖洗時(shí)間。此外，F(xiàn)lex樣品室的設(shè)計(jì)是為等離子體光提供一個(gè)佳的視角，從而保證在激光剝蝕過程中進(jìn)行靈敏的LIBS檢測(cè)。

一種正在申請(qǐng)Z L的創(chuàng)新集氣管設(shè)計(jì)

J200采用*的集氣管設(shè)計(jì)，源自于應(yīng)用光譜公司旗艦級(jí)LA飛秒J100系統(tǒng)，正在申請(qǐng)Z L。該集氣管由不銹鋼和銅組合而成，限度地減少了脫氣，防止了任何燒蝕顆粒的堆積，并消除了記憶效應(yīng)。該集氣管更容易組裝，也便于定期清潔輸氣管道。

高精度氣體流量控制系統(tǒng)

J200氣體控制系統(tǒng)使用了兩個(gè)高精度、數(shù)字化質(zhì)量流量控制器（MFC）和電子控制閥，用于氬氣、氦氣及補(bǔ)充氣體的輸送。

運(yùn)輸氣體和補(bǔ)充氣體流向樣品室，ICP-MS系統(tǒng)按順序自動(dòng)運(yùn)行，并被控制，帶來理想的氣流，防止等離子體火焰熄滅。預(yù)設(shè)配置可以選擇輸送氬氣、氦氣或補(bǔ)充氣體。

氣體流量控制系統(tǒng)

通過雙攝像頭和*照明實(shí)現(xiàn)的樣品可視化

J200擁有*照明系統(tǒng)和高倍光學(xué)變焦(高達(dá)60X)功能，清晰呈現(xiàn)樣品的表面細(xì)節(jié)。由于配備了雙高分辨率CMOS成像攝像機(jī)，J200提供廣角視野和高倍成像，以地研究精細(xì)區(qū)域(見下圖)。廣角視野視圖可以保存，并用于定位不同的樣品位置，使用高倍鏡研究樣品。J200還具有三種獨(dú)立的照明模式，以提高圖像質(zhì)量和對(duì)比度：擴(kuò)散式LED光源，透射光和同軸反射光,光的強(qiáng)度和顏色可控。

清晰、高倍放大的樣品表面圖像

同軸光線不同顏色和強(qiáng)度下的樣本圖像對(duì)比

三種LIBS檢測(cè)器可選，擴(kuò)展了儀器功能

J200有三種不同LIBS檢測(cè)器可選：(1)帶有ICCD攝像機(jī)的掃描Czerny Turner分光計(jì)；(2) 配備ICCD攝像機(jī)的中階梯光柵攝譜儀；(3)同步六通道CCD分光計(jì)。做為獨(dú)立的LIBS儀器系統(tǒng)，J200可同時(shí)配備任意兩種檢測(cè)器：一個(gè)在主系統(tǒng)內(nèi)，另一個(gè)在外部模塊中。雙檢測(cè)器開辟了新的LIBS檢測(cè)功能。憑借其強(qiáng)大的多功能性和創(chuàng)新檢測(cè)器特點(diǎn)，J200 LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)作為革命性的化學(xué)分析產(chǎn)品超越了其他產(chǎn)品。

四、軟件特點(diǎn)

您掌握了直觀的圖形用戶界面（GUI）和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析技術(shù)

應(yīng)用光譜公司為每臺(tái)J200 LA-LIBS 復(fù)合系統(tǒng)提供強(qiáng)大的Axiom LA軟件包。Axiom LA具有非常直觀、用戶友好的界面，可以瀏覽不同的樣品區(qū)域，并建立靈活的激光采樣方案。Axiom LA還集成了一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析模塊，用于高效分析LIBS光譜和時(shí)間分辨ICP-MS信號(hào)。有了Axiom LA，訪問硬件組件控件和自動(dòng)化測(cè)量變得的簡便。簡單地說，Axiom LA給您的ICP-MS儀器提供了一個(gè)的集成水平。

輕松地創(chuàng)建復(fù)雜的激光取樣模式

Axiom LA有一個(gè)大窗口，用以顯示清晰、詳細(xì)的樣品圖像。分析人員可以在樣本圖像上編寫任意的激光采樣模式的程序，包括光柵線、曲線、隨機(jī)點(diǎn)、任意大小的網(wǎng)格和預(yù)先編程的圖案。即使是具有挑戰(zhàn)性(或復(fù)雜的)形狀的采樣區(qū)域也可以用圖案生成工具突出顯示，并且可以地分析元素或同位素含量。

使用Axiom LA生成采樣模式并創(chuàng)建檢測(cè)自動(dòng)化的方案

自動(dòng)檢測(cè)的軟件“方案”

通過將多個(gè)硬件指令組合在一起，并及時(shí)對(duì)它們進(jìn)行排序，Axiom LA創(chuàng)建了一個(gè)存儲(chǔ)“方案”。方案一經(jīng)創(chuàng)建，之后就可以將它們調(diào)出，并將它們組合，以提供高度自動(dòng)化的檢測(cè)體驗(yàn)。我們只需“調(diào)出”整個(gè)方案以重復(fù)實(shí)驗(yàn)，或者復(fù)制方案的一部分，將其與新的指令結(jié)合起來，以解決新的采樣方案。

針對(duì)復(fù)雜LIBS光譜的強(qiáng)大數(shù)據(jù)分析工具

Axiom LA集成了來自應(yīng)用光譜公司業(yè)界的RT100系列LIBS儀器中的強(qiáng)大LIBS數(shù)據(jù)分析工具。TruLIBS™，是應(yīng)用光譜公司專有的研究導(dǎo)向數(shù)據(jù)庫，它是從真實(shí)的LIBS等離子體中獲得，能夠快速而準(zhǔn)確地識(shí)別復(fù)雜的LIBS發(fā)射峰。特定的搜索標(biāo)準(zhǔn)(波長范圍、元素組、等離子體激發(fā)狀態(tài))可以用來在短時(shí)間內(nèi)縮小搜索范圍。TruLIBS™允許用戶從Axiom LA軟件直接加載實(shí)驗(yàn)庫LIBS光譜來識(shí)別和標(biāo)記峰值。

基本光譜分析工具（如連續(xù)背景扣除、峰面積積分和重疊光譜曲線擬合）有助于分析人員有效地處理LIBS峰值并獲得定量結(jié)果。分析人員可監(jiān)測(cè)多次激光脈沖采樣期間LIBS的強(qiáng)度或不同分析物比例的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。可以同時(shí)處理單個(gè)LIBS譜圖，整個(gè)文件夾或多個(gè)目錄，從而大大縮短數(shù)據(jù)分析時(shí)間。

整個(gè)光譜的連續(xù)背景扣除

自動(dòng)峰面積積分

曲線擬合的重疊峰

從時(shí)間解析的ICP-MS信號(hào)到完整的定量結(jié)果

Axiom LA軟件是ICP-MS數(shù)據(jù)管理和分析工具，這些工具對(duì)于獲得的定量結(jié)果和的統(tǒng)計(jì)非常重要。有了Axiom LA軟件，分析者可以選擇感興趣的同位素并顯示它們的時(shí)間分辨ICP-MS信號(hào)以進(jìn)行比較分析。定義時(shí)間積分范圍，保存它們，并將它們應(yīng)用到文件或目錄中的所有ICP-MS數(shù)據(jù)，可以輕松地估計(jì)集成強(qiáng)度和RSD值。同時(shí)，時(shí)間分辨ICP-MS信號(hào)也可以非常流暢，并且可以輕而易舉地獲得TRSD（時(shí)間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差）統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)值。

上圖：在時(shí)間分辨ICP-MS信號(hào)中選擇感興趣的同位素比較顯示和定義時(shí)間集成范圍

右圖：用于TRSD評(píng)估的平滑的時(shí)間分辨ICP-MS信號(hào)

質(zhì)譜和LIBS光譜的產(chǎn)生

通過計(jì)算同位素ICP-MS強(qiáng)度，Clarity復(fù)合系統(tǒng)分析軟件根據(jù)微量元素信息生成代表樣品化學(xué)指紋的質(zhì)譜圖。LIBS光譜根據(jù)主要和次要元素提供特征信息。

Clarity復(fù)合系統(tǒng)分析軟件可借助LIBS光譜和質(zhì)譜，提供關(guān)于主要、次要和微量元素全面的化學(xué)信息。基于一種*的可以用于定量分析的校準(zhǔn)模型，LIBS光譜和質(zhì)譜可以形成光譜庫的基礎(chǔ)。 LIBS光譜和質(zhì)譜可融合一起，在法醫(yī)應(yīng)用中提供更強(qiáng)的鑒定辨別能力。

玻璃樣品的寬LIBS光譜

Clarity復(fù)合系統(tǒng)分析軟件檢測(cè)同位素時(shí)所產(chǎn)生的質(zhì)譜

用于定量分析的功能強(qiáng)大的校準(zhǔn)模型

使用Clarity復(fù)合系統(tǒng)分析軟件，分析人員可應(yīng)用單變量或多變量校準(zhǔn)模型進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。通過參考標(biāo)準(zhǔn)濃度值直接賦值給LIBS或ICP-MS強(qiáng)度，單變量校準(zhǔn)曲線可輕松生成。該軟件附帶一個(gè)常用的固態(tài)標(biāo)樣，用于單變量校準(zhǔn)。另外，它使用完整的或特定范圍的LIBS光譜、質(zhì)譜圖，分析人員可創(chuàng)建譜庫，構(gòu)建有效、多元的校準(zhǔn)模型，以準(zhǔn)確檢測(cè)未知樣品的元素濃度。

玻璃樣品的LA-ICP-MS Li元素校準(zhǔn)曲線

有效的數(shù)據(jù)可視化和樣品分類

復(fù)合系統(tǒng)軟件允許分析人員執(zhí)行PCA（主成分分析），并可觀察從樣品中收集到的一組LIBS光譜和質(zhì)譜之間的差異。軟件中的PCA工具是使用LIBS、質(zhì)譜或兩個(gè)光譜對(duì)各種樣品(包括玻璃、油漆、油墨、塑料、地質(zhì)礦物等)進(jìn)行分類或鑒別的理想方法。同時(shí)，該軟件提供名為“光譜學(xué)習(xí)”（Spectralearn）的可選軟件模塊。基于偏小二乘法判別分析（PLS-DA），“光譜學(xué)習(xí)”模塊將LIBS光譜和質(zhì)譜作為樣品的特征譜圖儲(chǔ)存在譜圖庫中。獲得的任何有疑問的物質(zhì)譜圖都可以與譜圖庫進(jìn)行匹配，以獲得高度有效的樣品ID。

10個(gè)BAS鋼標(biāo)樣的PCA可視圖(401至410)

使用DepthTracker™元素的快速深度剖析

在目標(biāo)點(diǎn)的重復(fù)激光采樣過程中，Clarity LIBS分析軟件中的DepthTracker™能瞬時(shí)監(jiān)測(cè)所選元素的LIBS發(fā)射峰值強(qiáng)度，揭示不同樣品深度處元素組成的變化。DepthTracker™對(duì)于確定樣品表面的污染物、執(zhí)行涂層分析、了解薄膜結(jié)構(gòu)以及識(shí)別位于其下方的夾雜物是一項(xiàng)非常有價(jià)值的功能。

結(jié)構(gòu)薄膜的深度剖面

功能強(qiáng)大的2D/3D元素制圖

Clarity復(fù)合系統(tǒng)分析軟件提供了一個(gè)集成制圖模塊，可將LIBS強(qiáng)度和時(shí)間分辨的ICP-MS信號(hào)轉(zhuǎn)換為選定元素的非常詳細(xì)的2D/3D圖。基于LIBS和LA-ICP-MS，該軟件使分析人員能夠?qū)⒄麄€(gè)周期表中的所有元素從ppb到%的濃度范圍可視化。該軟件制作的LIBS圖涵蓋了ICP-MS難以處理的主要和次要元素，如輕元素、有機(jī)元素以及鹵素。 LA-ICP-MS圖揭示痕量元（