激光探針

激光探針亦稱激光誘導擊穿光譜分析儀，是以激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）為基礎的物質成分分析儀，激光誘導擊穿光譜利用高能量激光激發樣品表面產生高温高電子數密度的等離子體，對等離子體發射光的離子或原子光譜進行分析，由其譜線波長和強度對樣品元素進行定性和定量分析。 ^[1] 

LIBS是一種激光燒蝕光譜分析技術，激光聚焦在測試位點，當激光脈衝的能量密度大於擊穿閾值時，即可產生等離子體。基於這種特殊的等離子體剝蝕技術，通常在原子發射光譜技術中分別獨立的取樣、原子化、激發三個步驟均可由脈衝激光激發源一次實現。等離子體能量衰退過程中產生連續的軔致輻射以及內部元素的離子發射線，通過光纖光譜儀採集光譜發射信號，分析譜圖中元素對應的特徵峯強度即可以用於樣品的定性以及定量分析。

自從1960年第一台紅寶石激光器的發明為原子光譜分析注入新鮮血液之後，類似於火花源的激光光束聚焦擊穿現象即見諸文獻報道。1962年 Jarrell-Ash的Brech發表第一篇關於用激光產生等離子體進行分析的文章，標誌着激光燒蝕分析技術的誕生。1964年，得益於激光器Q開關脈衝技術，使得激光燒蝕無需通過輔助電極放電，直接通過激光產生等離子體進行分析，這也是今天LIBS的雛形。至20世紀80年代，美國Los Alamos實驗室利用激光等離子體的光譜信息實現了對於物質元素信息的測量，從而將該技術正式命名為LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy)。本世紀分析領域的一大新聞就是美國NASA採用LIBS技術作為火星車表面礦物分析手段——ChemCam，並出色地完成了科考任務。

激光探針彌補了傳統元素分析方法的不足，尤其在微小區域材料分析、鍍層/薄膜分析、缺陷檢測、珠寶鑑定、法醫證據鑑定、粉末材料分析、合金分析等應用領域優勢明顯，同時，LIBS還可以廣泛適用於地質、煤炭、冶金、製藥、環境、科研等不同領域的應用。

與其他常用元素分析的方法相比，激光探針主要優點有: ^[2] 

（1） 利用激光特有的性能，可實現遠程、實時、在線元素檢測。

（2） 儀器體積相對較小，適用於現場分析、可在惡劣條件下進行測定。

（3） 可用於各種形態的固體、液體甚至氣體分析，而且無需繁瑣的樣品前處理過程，分析簡便、快速。

（4） 可測定難溶解的高硬度材料，對樣品尺寸要求不嚴格，且對樣品的破壞性小，實現微損甚至近於無損檢測，樣品消耗量極低(約0.1μg-0.1mg)。

（5） 分析時間短，從激光脈衝發射到信號收集的整個過程僅僅需要毫秒級別的時間。

（6） 可進行多元素同時檢測。

檢出限和定量分析

LIBS檢出限很大程度上取決於被測樣品的類型、具體哪些元素、以及儀器的激光器/光譜檢測器的選型配置。基於以上原因，LIBS的檢出限可以從幾ppm一直到%級的範圍。在大多數常規應用中，對於絕大多數元素，LIBS檢出限可以做到10 ppm到100 ppm。在定量分析中，通過LIBS獲得的測量結果的相對標準偏差可以達到3-5%以內，而對於均質材料通常可以到2%以內甚至＜1%