J200納秒激光剝蝕進(jìn)樣及光譜分析系統(tǒng)

一、系統(tǒng)功能及用途
J200 激光固體進(jìn)樣系統(tǒng)象征了化學(xué)分析儀器的真正創(chuàng)造性發(fā)展。系統(tǒng)將LA（激光剝蝕進(jìn)樣）與LIBS激光等離子光譜技術(shù)相結(jié)合，與ICP-MS聯(lián)用后，實(shí)現(xiàn)LIBS與LA-ICP-MS同時(shí)測量。
系統(tǒng)具備多種測量功能：同時(shí)測量常量、微量元素和同位素（與ICP-MS連用）；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。主要用于土壤、植物、巖石礦物、合金、材料、煤粉等樣品的化學(xué)組分分析。
J200激光固體進(jìn)樣系統(tǒng)可與市面上常見的質(zhì)譜如普通四級桿質(zhì)譜、飛行時(shí)間質(zhì)譜和多接收質(zhì)譜等聯(lián)用。


三、工作原理

J200激光固體進(jìn)樣系統(tǒng)將LA與LIBS技術(shù)相結(jié)合：J200接收等離子體發(fā)射光進(jìn)行快速光譜分析，同時(shí)將激光剝蝕顆粒高效傳輸至ICP-MS系統(tǒng)。

三、系統(tǒng)組成：

主機(jī)系統(tǒng)：包含激光器及控制系統(tǒng)、激光傳輸光學(xué)元件、樣品臺(tái)、樣品室、氣體管路系統(tǒng)等、樣品成像系統(tǒng)等；

等離子體光譜檢測器：Czerny Turner光譜儀/ICCD相機(jī)、階梯光柵光譜儀/ICCD相機(jī)、同步6通道CCD光譜儀三種LIBS檢測器可選。
系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)操作軟件、數(shù)據(jù)分析軟件、TruLIBS發(fā)射光譜數(shù)據(jù)庫、化學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件。

四、應(yīng)用領(lǐng)域


五、硬件特點(diǎn)：
高度穩(wěn)定Q-switched 短脈沖Nd:YAG激光，波長213 nm或266nm。
緊湊和模塊化設(shè)計(jì)，J200具有LA和LIBS雙系統(tǒng)測量能力，可以單獨(dú)運(yùn)行LA 或LIBS，或者同時(shí)運(yùn)行LA- LIBS復(fù)合系統(tǒng)。
自動(dòng)樣品高度調(diào)整功能，解決樣品表面凹凸不平，保持相同的激光焦點(diǎn)，提供相同的激光能量，確保所有采樣點(diǎn)的激光剝蝕均勻一致。ASI公司的此技術(shù)獲得美國。
Flex樣品室內(nèi)置鑲嵌塊，優(yōu)化氣流和顆粒清潔能力，滿足不同測量需求。并且，F(xiàn)lex測量室的設(shè)計(jì)為等離子體光提供觀測角度，LIBS測量更靈敏。
*的微集氣管設(shè)計(jì)，已申請美國，減少排氣，防止集結(jié)剝蝕顆粒，消除記憶影響。
雙路、高精度的數(shù)字流量控制器和電控閥，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，并被精確控制，帶來氣流，防止等離子體火焰噴出。
高分辨率雙相機(jī)系統(tǒng)和*的照明系統(tǒng)。雙CMOS相機(jī)分別用于寬視野觀察樣品表面和高倍成像某一區(qū)域。具備三種照明方式：LED泛光燈、透射光和同軸反射光，光強(qiáng)和色彩可控。

高分辨率成像

同軸光色和光強(qiáng)下樣品圖片對比
三種LIBS檢測器可選，滿足不同分析需求：Czerny Turner光譜儀/ICCD相機(jī)、階梯光柵光譜儀/ICCD相機(jī)、同步6通道CCD光譜儀。獨(dú)立的LIBS系統(tǒng)，最多可容納2個(gè)探測器。

LIBS歸一化ICP-MS等離子體的發(fā)射信號
可選擇配置飛秒級LA系統(tǒng)，提升系統(tǒng)分析能力。
來自美國專家團(tuán)隊(duì)的LA和LIBS應(yīng)用支持。ASI公司依托美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室?guī)资昙す鈩兾g研究成果，技術(shù)團(tuán)隊(duì)科研經(jīng)歷豐富，能夠?yàn)橛脩籼峁┑腖A和LIBS系統(tǒng)應(yīng)用指導(dǎo)。

五、軟件特點(diǎn)
系統(tǒng)軟件Axiom LA具有直觀友好的圖形用戶界面和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析功能?？蔀g覽不同樣品區(qū)域，設(shè)置多種采樣方法；分析LIBS光譜和時(shí)間分辨ICP-MS信號；整合了J200 LA-LIBS系統(tǒng)與ICP-MS系統(tǒng)雙向通訊控制。通過系統(tǒng)軟件，輕松控制硬件組件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量。
輕松實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的激光采樣模式。系統(tǒng)軟件的大對話窗口清晰顯示樣品圖像，并任意編輯激光采樣方式，如直線、曲線、隨機(jī)點(diǎn)、網(wǎng)格任意大小和自定義模式等。結(jié)構(gòu)繁雜的樣品表面，也可準(zhǔn)確采樣。
多種分析方法：全分析、夾雜物和微斑分析、深度分析和元素分布制圖。
通過軟件菜單實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量。匯總多個(gè)硬件組件指令，按時(shí)間排序，創(chuàng)造軟件“菜單"。執(zhí)行“菜單"實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測量。調(diào)用“菜單"即可重復(fù)測量，也可復(fù)制部分“菜單"并結(jié)合新指令，制定新的采樣方法。
強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具用于復(fù)雜的LIBS光譜分析。Trulibs™是ASI公司*的LIBS光譜數(shù)據(jù)庫，來自真正的LIBS等離子體，譜線識(shí)別快速而準(zhǔn)確。波長、元素等搜索在數(shù)秒內(nèi)完成。支持直接上傳LIBS譜線。
連續(xù)背景去除、峰面積積分、重疊光譜的曲線擬合等光譜分析功能，有效處理LIBS譜峰，進(jìn)行定量分析。在多激光脈沖采樣過程中，監(jiān)測LIBS強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)或不同樣品LIBS強(qiáng)度比率。能夠同時(shí)處理單個(gè)LIBS光譜、整個(gè)文件夾或目錄，縮短了分析時(shí)間。

采樣模式

背景去除

背景去除后峰面積積分

重疊峰的曲線擬合
通過 LIBS GDT化學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)LIBS數(shù)據(jù)可視化和樣品分類?；谥鞒煞址治觯≒CA）和偏最小二乘判別分析（PLS-DA），LIBS GDT能夠區(qū)分不同的光譜特征，分類測試樣品。測量的LIBS數(shù)據(jù)保存在譜線庫，作為樣品的特征光譜，用于物質(zhì)分類。
從時(shí)間分辨的ICP-MS信號到全定量結(jié)果。Axiom LA具有ICP-MS數(shù)據(jù)管理和分析工具。可選擇感興趣的同位素，顯示同位素的ICP-MS時(shí)間分辨信號，進(jìn)行比較分析。輕松確定積分時(shí)間范圍，保存并用于文件中所有的ICP-MS數(shù)據(jù)，估計(jì)積分強(qiáng)度和RSD值。ICP-MS的時(shí)間分辨信號很容易平滑，TRSD（時(shí)間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差）的統(tǒng)計(jì)也可輕松獲得。

上圖：選擇感興趣的同位素對比顯示，在ICP-MS時(shí)間分辨信號中確定積分時(shí)間范圍。
下圖：平滑ICP-MS時(shí)間分辨信號作TRSD估算。



六、主要參數(shù)：
激光： 波長213 nm 或 266 nm；
脈寬&重復(fù)頻率：＜6ns (FWHM) & 1-20Hz @213 nm & 266nm
激光斑：30 to 150 micron @ 213 nm； 35 to 150 micron @ 266 nm
激光能量：4mJ@213nm；25mJ 或50mJ@266nm

七、應(yīng)用案例

1、植物組織中Pb、Mg、Cu元素分布分析
通過J200檢測向日葵葉片上鉛、鎂和銅元素的分布，以研究其植物體容納、轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬的生理機(jī)制，從而為是否選取向日葵作為植物修復(fù)品種提供科學(xué)依據(jù)。

圖. 基于激光剝蝕技術(shù)的元素分布圖。 a)左圖和a)右圖為空白處理葉片上J200 Tandem LA-LIBS兩種激光剝蝕方式（LIBS和LA-ICP-MS）； b)為LIBS得到的元素分布； c)為LA-ICP-MS得到的元素分布； A)左圖和A)右圖為為500μM處理3天后葉片上LIBS和LA-ICP-MS的激光剝蝕方式； B)為500μM處理3天后葉片LIBS得到的元素分布；C)為500μM處理3天后葉片LA-ICP-MS得到的元素分布； D)和E)分別為LIBS與LA-ICP-MS得到的Pb元素分布

5、J200 LA-ICP-MS在刑偵領(lǐng)域的應(yīng)用
通過J200LA-ICP-MS系統(tǒng)檢測筆跡中的油墨成分，從而快速鑒別哪些筆跡來自同一來源（品牌、生產(chǎn)廠家、銷售區(qū)域等）的書寫筆。并對該復(fù)合系統(tǒng)中LA-ICP-MS和LIBS分析結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果顯示單LA-ICP-MS對4類書寫筆跡的區(qū)分度介于67-97%之間，單LIBS分析的區(qū)分度介于88-99%之間，但復(fù)合系統(tǒng)中LIBS分析過程優(yōu)化了Ca、Fe、K和Si元素的LA-ICP-MS信號，使得分析結(jié)果的區(qū)分率幾乎都達(dá)到的99%。
由此可見，即使是能做精確分析的ICP-MS，也由于部分元素?zé)o法測量，而無法實(shí)現(xiàn)樣品的快速精確分類和鑒別。相比之下，LIBS由于能做全元素分析，其在樣品快速分類和鑒別種有著優(yōu)異表現(xiàn)。當(dāng)然，兩者的有機(jī)結(jié)合才能達(dá)到近乎的效果。

6、J200在制藥工程中的應(yīng)用
通過J200檢測藥片A、藥片B及混合后某元素成分的變化，以確定制藥工藝。


7、J200在能源環(huán)保行業(yè)的應(yīng)用
鋰電池粘合劑聚偏氟乙烯膜中氟元素的含量及其分布是否均勻是決定其質(zhì)量的重要因素，通過J200可對聚偏氟乙烯膜不同層的氟元素分布進(jìn)行快速制圖。

由上可見，J200能夠非?？焖俚氐玫綐悠返脑厝S空間分布圖，為進(jìn)一步的科學(xué)研究提供其他傳統(tǒng)手段所無法做到的檢測手段。

部分文獻(xiàn) 歡迎來電索取2012年以前的文獻(xiàn)目錄
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Choi, S. H., Kim, J. S., Lee, J. Y., Jeon, J. S., Kim, J. W., Russo, R. E., et al. (2014). Analysis of arsenic in rice grains using ICP-MS and fs LA-ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 29(7), 1233–1237. doi:10.1039/C4JA00069B
Quarles, C. D., Gonzalez, J. J., East, L. J., Yoo, J. H., Morey, M., & Russo, R. E. (2014a). Fluorine analysis using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 29(7), 1238–1242. doi:10.1039/C4JA00061G
Quarles, C. D., Gonzalez, J., East, L. J., Yoo, J. H., Morey, M., & Russo, R. E. (2014b). Fluorine analysis using Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Journal of Analytical Atomic Spectrometry. doi:10.1039/c4ja00061g
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Russo, R. E., Mao, X. L., Gonzalez, J., Zorba, V., & Yoo, J. H. (2013b). Laser Ablation in Analytical Chemistry. Atomic Spectroscopy.