使用台式LIBS分析仪在宝石鉴定方面的应用

介绍

    台式激光诱导击穿光谱仪(LIBS)可以同时检测样品中所有可探测元素。在 LIBS 分析过程中，脉冲激光束会打在样品表面并在一个微小的区域内形成一个高温和高电场的区域，随后激光脉冲使部分样品气化，同时在样品表面形成的等离子体，并使各种原子中的电子激发。之后，通过一个光谱仪获取来自等离子体(跃迁的电子回归基态时)发射的光，即可鉴定材料的元素组成。

    为实现多元素同时分析的目的，台式 LIBS 分析仪使用已经注册专利的多通道光谱技术，和一个同步多 CCD 光谱采集系统。通常可以采用 4 通道高分辨率光谱仪观察从紫外到红外光谱区(150-950 纳米)的荧光。每个光谱仪通道及其探测器都有独立的和激光发生器同步的电子触发装置，这样整个光谱范围内的荧光可以在一个激光脉冲中被同时捕获。

    通过分析这些特征谱线的相对强度并与标准物质(标样)做比较，可以计算出相应的元素含量。这种元素分析方法已被证明对于很多种不同类型和种类的材料都是非常有效的方法，包括各类矿石、工业产品和生命科学产品。

宝石鉴定仪器

    在宝石研究领域、 台式LIBS 分析仪已经被成功地用于宝石鉴定和分类。例如鉴定“铍(Be)”或“镁(Mg)”处理的蓝宝石，传统的分析方法很难适用，ICP 因为需要对试样进行消解而不能为客户所接受；而 X 射线荧光(XRF)方法虽然无损，但该方法无法识别较轻的元素(例如铍或镁)，因而也无法使用；而通常使用的光学分析方法因热处理工艺已经可以将“铍”或“镁”渗透到宝石的里层，因而无使用；而通常使用的光学分析方法因热处理工艺已经可以将“铍”或“镁”元素。

    台式LIBS 分析仪发出的紫外激光可以在宝石表面产生一个非常小的焦点，其对试样的损坏微不足道并且难以察觉。如右图所示，激光在最大功率下用五个激光脉冲在蓝宝石上产生的光斑（200 倍放大），其直径仅约为 50 微米。通过仅使用一个激光脉冲并调整激光能量，操作员可整激光能量，将激光坑减小到几乎不可察觉的大小（仅几个微米）。

    在宝石鉴定领域，LIBS 仪器的应用非常广泛。例如，用台式LIBS 分析仪通过对 313.106 nm 波长铍(Be)元素的特征谱线进分析，很容易完成对Be处理蓝宝石的鉴定工作。

    台式LIBS分析仪的另一个在宝石鉴定方面的应用是镀层宝石的鉴定。例如，在天然黄玉上镀一层钻是改变宝石颜色的处理方式之一。右边显示的是天然和镀层后的黄玉对比，不同之处很明显。

    除了这些定性分析之外，LIBS同样可以通过和标准物质相比较来进行元素的定量分析。很多现有的研究成果及应用案例表明，LIBS分析方法可以被广泛地用于分析各种物质，如固体的、液体的、甚至是气态（气溶胶）的物质。

    另外，还可以采用“预测光谱模型”的定标方法来计算元素成分含量。该模型利用原子发射光谱数据库来建立指定元素在特定等离子体参数下的理论发射光谱。以此模型得到的理论发射光谱和通过在莱森光学台式LIBS分析仪实验获得的数据是非常吻合的。并且通过“预测光谱模型”定标计算出来的元素含量与标样的实际含量也是高度吻合的。这种方法适用于各种基体，包括金属、矿石等等。