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使用臺式LIBS分析儀在寶石鑒定方面的應用

介紹

    臺式激光誘導擊穿光譜儀(LIBS)可以同時檢測樣品中所有可探測元素。在 LIBS 分析過程中，脈沖激光束會打在樣品表面并在一個微小的區域內形成一個高溫和高電場的區域，隨后激光脈沖使部分樣品氣化，同時在樣品表面形成的等離子體，并使各種原子中的電子激發。之后，通過一個光譜儀獲取來自等離子體(躍遷的電子回歸基態時)發射的光，即可鑒定材料的元素組成。

    為實現多元素同時分析的目的，臺式 LIBS 分析儀使用已經注冊專利的多通道光譜技術，和一個同步多 CCD 光譜采集系統。通常可以采用 4 通道高分辨率光譜儀觀察從紫外到紅外光譜區(150-950 納米)的熒光。每個光譜儀通道及其探測器都有獨立的和激光發生器同步的電子觸發裝置，這樣整個光譜范圍內的熒光可以在一個激光脈沖中被同時捕獲。

    通過分析這些特征譜線的相對強度并與標準物質(標樣)做比較，可以計算出相應的元素含量。這種元素分析方法已被證明對于很多種不同類型和種類的材料都是非常有效的方法，包括各類礦石、工業產品和生命科學產品。

寶石鑒定儀器

    在寶石研究領域、 臺式LIBS 分析儀已經被成功地用于寶石鑒定和分類。例如鑒定“鈹(Be)”或“鎂(Mg)”處理的藍寶石，傳統的分析方法很難適用，ICP 因為需要對試樣進行消解而不能為客戶所接受；而 X 射線熒光(XRF)方法雖然無損，但該方法無法識別較輕的元素(例如鈹或鎂)，因而也無法使用；而通常使用的光學分析方法因熱處理工藝已經可以將“鈹”或“鎂”滲透到寶石的里層，因而無使用；而通常使用的光學分析方法因熱處理工藝已經可以將“鈹”或“鎂”元素。

    臺式LIBS 分析儀發出的紫外激光可以在寶石表面產生一個非常小的焦點，其對試樣的損壞微不足道并且難以察覺。如右圖所示，激光在最大功率下用五個激光脈沖在藍寶石上產生的光斑（200 倍放大），其直徑僅約為 50 微米。通過僅使用一個激光脈沖并調整激光能量，操作員可整激光能量，將激光坑減小到幾乎不可察覺的大小（僅幾個微米）。

    在寶石鑒定領域，LIBS 儀器的應用非常廣泛。例如，用臺式LIBS 分析儀通過對 313.106 nm 波長鈹(Be)元素的特征譜線進分析，很容易完成對Be處理藍寶石的鑒定工作。

    臺式LIBS分析儀的另一個在寶石鑒定方面的應用是鍍層寶石的鑒定。例如，在天然黃玉上鍍一層鉆是改變寶石顏色的處理方式之一。右邊顯示的是天然和鍍層后的黃玉對比，不同之處很明顯。

    除了這些定性分析之外，LIBS同樣可以通過和標準物質相比較來進行元素的定量分析。很多現有的研究成果及應用案例表明，LIBS分析方法可以被廣泛地用于分析各種物質，如固體的、液體的、甚至是氣態（氣溶膠）的物質。

    另外，還可以采用“預測光譜模型”的定標方法來計算元素成分含量。該模型利用原子發射光譜數據庫來建立指定元素在特定等離子體參數下的理論發射光譜。以此模型得到的理論發射光譜和通過在萊森光學臺式LIBS分析儀實驗獲得的數據是非常吻合的。并且通過“預測光譜模型”定標計算出來的元素含量與標樣的實際含量也是高度吻合的。這種方法適用于各種基體，包括金屬、礦石等等。