J200激光剝蝕進(jìn)樣及光譜分析系統(tǒng)—刑偵樣品處理的新選擇

一、技術(shù)背景

產(chǎn)品來自于美國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。公司總裁Russo博士為美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的*科學(xué)家，從事激光剝蝕及激光光譜元素分析技術(shù)30多年，創(chuàng)造性的將激光剝蝕技術(shù)（LA技術(shù)）及激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（LIBS技術(shù)）相融合，研發(fā)了J200系列激光剝蝕進(jìn)樣及光譜分析系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)功能及用途

J200 激光剝蝕進(jìn)樣及光譜分析系統(tǒng)創(chuàng)造性的將納秒LA與LIB相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了LIBS與LA-ICP-MS的同時(shí)測量，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。主要用于地質(zhì)礦物、土壤、植物、合金、新能源材料、刑偵證據(jù)等樣品的剝蝕進(jìn)樣及化學(xué)組分分析。
J200激光剝蝕進(jìn)樣及光譜分析系統(tǒng)可與市面上的普通四級桿質(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、工作原理

激光剝蝕進(jìn)樣及光譜分析系統(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)。

四、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、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4/6通道CCD光譜儀三種LIBS檢測器可選；
軟件系統(tǒng)：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。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域（如土壤、植物分析） 刑偵司法鑒定（如法醫(yī)毒物化學(xué)鑒定）
地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域（如地質(zhì)樣品的同位素定年） 考古領(lǐng)域
合金組分檢測（如鋼鐵成分分析） 生物醫(yī)藥
海洋地質(zhì)領(lǐng)域（如海洋沉積物分析） ......
新能源領(lǐng)域（如太陽能板元素分析）

六、硬件特點(diǎn)

高度穩(wěn)定Q-switched 短脈沖Nd:YAG激光，波長至213 nm。高重復(fù)率且高度穩(wěn)定Yb-based的飛秒級激光，使用壽命長，不會(huì)對光學(xué)器件造成損壞。
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，帶來完美氣流，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)，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)。

七、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（GUI）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。基于主成分分析（PCA）和偏小二乘判別分析（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?？蛇x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。


八、主要參數(shù)

1、J200納秒激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)
激光： 波長213 nm 或 266 nm；獨(dú)立LIBS系統(tǒng)，波長還有532nm 和1064nm
脈寬&重復(fù)頻率：＜5 ns(FWHM) & 1-20Hz @213 nm
激光斑：5–250μm @ 213 & 266 nm
能量密度：>20 J/cm2 @ 213nm
可選LIBS檢測器：掃描型Czerny Turner光譜儀/ICCD檢測器、Echelle光譜儀/ICCD檢測器、4通道/6通道CCD檢測器
2、J200飛秒激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)
激光： 波長分別為343nm、515nm、1030nm三種，高度穩(wěn)定的Yb-based飛秒激光器
激光脈沖寬度：≤500fsec
激光光斑：3μm—100μm，可自動(dòng)連續(xù)調(diào)節(jié)
可選LIBS檢測器：掃描型Czerny Turner光譜儀/ICCD檢測器、Echelle光譜儀/ICCD檢測器、4通道/6通道CCD檢測器

九、產(chǎn)地：美國