一、技術背景

J200飛秒激光進樣系統來自美國應用光譜公司（ASI），ASI公司是一家專門研究激光剝蝕及光譜分析技術的高科技公司，研發(fā)人員均為美國勞倫斯伯克利實驗室的科研人員。

美國勞倫斯伯克利實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）具有80多年LIBS技術的研究經驗，將該技術與生物醫(yī)學、半導體、環(huán)境領域的先進技術相融合，致力于激光誘導等離子體光譜和剝蝕技術在化學分析領域的應用和開發(fā)，使元素化學分析簡單快速化，測量結果化，分析過程綠色化。

Dr. Rick Russo為實驗室科學家，他及其團隊在激光剝蝕領域具有很高的聲望。其本人從事激光與材料相互作用機理及相關應用研究達30余年，對于先進的激光、光譜儀器、成像系統、計算及電子器件具有豐富的經驗，發(fā)表學術論文300余篇，獲得22項Z L。Dr.Russo從1982年至今在美國勞倫斯伯克利實驗室工作，目前，是該實驗室的科學家。Russo博士于2004年創(chuàng)建了ASI公司，將激光剝蝕/光譜技術商業(yè)化，應用于生物醫(yī)學、半導體、環(huán)境和國防領域。公司成立之初就與美國國防部、能源部、航空和宇宙航行局簽訂了多個合同。

二、系統功能及用途

激光剝蝕—激光誘導擊穿光譜相結合，實現了LIBS與LA-ICP-MS的同時測量，具備多種測量功能：同時測量常量、微量元素及同位素（與ICP-MS聯用）；分析有機元素及輕元素；快速元素制圖；歸一化ICP-MS等離子體發(fā)射信號?？捎糜诘V物元素定量分析、鋯石U-Pb定年、礦物熔體及流體包裹體分析、微區(qū)同位素分析和定年技術研究等地質研究領域。能夠同時測定主要元素、微量元素以及同位素，快速繪制元素圖。

激光剝蝕進樣系統可與市面上的普通四極桿質譜儀、飛行時間質譜儀和多接收質譜儀等常見質譜儀聯用。

三、硬件特點

針對雙重LA/LIBS性能而設計的緊湊、模塊化系統

J200系統的性在于其模塊化系統的設計。該單元可以在獨立的LA或LIBS模式下運行，也可以作為一個LA-LIBS復合系統運行?；诰o湊的激光源和有效的激光束傳輸光學期間，J200是應用光譜公司緊湊的激光剝蝕分析儀器。

主體包括激光源、激光束傳輸光學器件、Flex樣品室、氣體流量控制系統以及LIBS檢測器。為了節(jié)省寶貴的實驗臺空間，激光電源模塊可以從主機中分離出來，放置在實驗臺下面。為了使其更加靈活，可以在主體上附加一個可選的外部LIBS檢測器模塊，以擴展系統LIBS的檢測范圍。J200可以進一步升級為飛秒激光剝蝕分析。

自動調整樣品高度，保證激光剝蝕的一致性

J200采用了一種自動調高傳感器，該傳感器的設計考慮到了樣品表面的形態(tài)變化。這一特性使得J200能夠保持的激光聚焦，不論高度差異如何，在所有采樣點上提供相同的激光通量，并在所有采樣點上實現一致的激光剝蝕。這一創(chuàng)新的傳感器特性是由應用光譜公司的科學團隊開發(fā)的一項Z L技術。

具有可互換鑲嵌模塊的Flex樣品室，以優(yōu)化氣流和微粒沖洗性能

根據測量目標(主要成分分析、包裹體分析、高分辨率深度分析、元素成像等)，有必要對樣品室的各個性能指標進行優(yōu)化，指標包括：沖洗時間、顆粒混合、樣品室內的流動特性

J200的Flex樣品室的設計能夠容納直徑為4英寸的樣品，它使用一組可互換的頂部和底部鑲嵌塊來調節(jié)氣流條件（層流和紊流）和微粒沖洗時間。此外，Flex樣品室的設計是為等離子體光提供一個佳的視角，從而保證在激光剝蝕過程中進行靈敏的LIBS檢測。

一種正在申請Z L的創(chuàng)新集氣管設計

J200采用先進的集氣管設計，源自于應用光譜公司旗艦級LA飛秒J100系統，正在申請Z L。該集氣管由不銹鋼和銅組合而成，限度地減少了脫氣，防止了燒蝕顆粒的堆積，并消除了記憶效應。該集氣管更容易組裝，也便于定期清潔輸氣管道。

高度氣體流量控制系統

J200氣體控制系統使用了兩個高度、數字化質量流量控制器（MFC）和電子控制閥，用于氬氣、氦氣及補充氣體的輸送。

運輸氣體和補充氣體流向樣品室，ICP-MS系統按順序自動運行，并被控制，帶來理想的氣流，防止等離子體火焰熄滅。預設配置可以選擇輸送氬氣、氦氣或補充氣體。

氣體流量控制系統

通過雙攝像頭和先進照明實現的樣品可視化

J200擁有先進照明系統和高倍光學變焦(高達60X)功能，清晰呈現樣品的表面細節(jié)。由于配備了雙高分辨率CMOS成像攝像機，J200提供廣角視野和高倍成像，以地研究精細區(qū)域(見下圖)。廣角視野視圖可以保存，并用于定位不同的樣品位置，使用高倍鏡研究樣品。J200還具有三種獨立的照明模式，以提高圖像質量和對比度：擴散式LED光源，透射光和同軸反射光,光的強度和顏色可控。

清晰、高倍放大的樣品表面圖像

同軸光線不同顏色和強度下的樣本圖像對比

三種LIBS檢測器可選，擴展了儀器功能

J200有三種不同LIBS檢測器可選：(1)帶有ICCD攝像機的掃描Czerny Turner分光計；(2) 配備ICCD攝像機的中階梯光柵攝譜儀；(3)同步六通道CCD分光計。做為獨立的LIBS儀器系統，J200可同時配備任意兩種檢測器：一個在主系統內，另一個在外部模塊中。雙檢測器開辟了新的LIBS檢測功能。憑借其強大的多功能性和創(chuàng)新檢測器特點，J200 LA-LIBS復合系統作為革命性的化學分析產品超越了其他產品。

四、軟件特點

您掌握了直觀的圖形用戶界面（GUI）和強大的數據分析技術

應用光譜公司為每臺J200 LA-LIBS 復合系統提供強大的Axiom LA軟件包。Axiom LA具有直觀、用戶友好的界面，可以瀏覽不同的樣品區(qū)域，并建立靈活的激光采樣方案。Axiom LA還集成了一個強大的數據分析模塊，用于分析LIBS光譜和時間分辨ICP-MS信號。有了Axiom LA，訪問硬件組件控件和自動化測量變的簡便。簡單地說，Axiom LA給您的ICP-MS儀器提供了一個的集成水平。

輕松地創(chuàng)建復雜的激光取樣模式

Axiom LA有一個大窗口，用以顯示清晰、詳細的樣品圖像。分析人員可以在樣本圖像上編寫任意的激光采樣模式的程序，包括光柵線、曲線、隨機點、任意大小的網格和預先編程的圖案。即使是具有挑戰(zhàn)性(或復雜的)形狀的采樣區(qū)域也可以用圖案生成工具突出顯示，并且可以地分析元素或同位素含量。

使用Axiom LA生成采樣模式并創(chuàng)建檢測自動化的方案

自動檢測的軟件“方案”

通過將多個硬件指令組合在一起，并及時對它們進行排序，Axiom LA創(chuàng)建了一個存儲“方案”。方案一經創(chuàng)建，之后就可以將它們調出，并將它們組合，以提供高度自動化的檢測體驗。我們只需“調出”整個方案以重復實驗，或者復制方案的一部分，將其與新的指令結合起來，以解決新的采樣方案。

針對復雜LIBS光譜的強大數據分析工具

Axiom LA集成了來自應用光譜公司業(yè)界的RT100系列LIBS儀器中的強大LIBS數據分析工具。TruLIBS?，是應用光譜公司專有的研究導向數據庫，它是從真實的LIBS等離子體中獲得，能夠快速而準確地識別復雜的LIBS發(fā)射峰。特定的搜索標準(波長范圍、元素組、等離子體激發(fā)狀態(tài))可以用來在短時間內縮小搜索范圍。TruLIBS?允許用戶從Axiom LA軟件直接加載實驗庫LIBS光譜來識別和標記峰值。

基本光譜分析工具（如連續(xù)背景扣除、峰面積積分和重疊光譜曲線擬合）有助于分析人員有效地處理LIBS峰值并獲得定量結果。分析人員可監(jiān)測多次激光脈沖采樣期間LIBS的強度或不同分析物比例的統計數據?？梢酝瑫r處理單個LIBS譜圖，整個文件夾或多個目錄，從而大大縮短數據分析時間。

整個光譜的連續(xù)背景扣除

自動峰面積積分

曲線擬合的重疊峰

從時間解析的ICP-MS信號到完整的定量結果

Axiom LA軟件是ICP-MS數據管理和分析工具，這些工具對于獲得的定量結果和的統計重要。有了Axiom LA軟件，分析者可以選擇感興趣的同位素并顯示它們的時間分辨ICP-MS信號以進行比較分析。定義時間積分范圍，保存它們，并將它們應用到文件或目錄中的所有ICP-MS數據，可以輕松地估計集成強度和RSD值。同時，時間分辨ICP-MS信號也可以暢，并且可以輕而易舉地獲得TRSD（時間相對標準偏差）統計學數值。

上圖：在時間分辨ICP-MS信號中選擇感興趣的同位素比較顯示和定義時間集成范圍

右圖：用于TRSD評估的平滑的時間分辨ICP-MS信號

質譜和LIBS光譜的產生

通過計算同位素ICP-MS強度，Clarity復合系統分析軟件根據微量元素信息生成代表樣品化學指紋的質譜圖。LIBS光譜根據主要和次要元素提供特征信息。

Clarity復合系統分析軟件可借助LIBS光譜和質譜，提供關于主要、次要和微量元素全面的化學信息?；谝环N先進的可以用于定量分析的校準模型，LIBS光譜和質譜可以形成光譜庫的基礎。 LIBS光譜和質譜可融合一起，在法醫(yī)應用中提供更強的鑒定辨別能力。

玻璃樣品的寬LIBS光譜

Clarity復合系統分析軟件檢測同位素時所產生的質譜

用于定量分析的功能強大的校準模型

使用Clarity復合系統分析軟件，分析人員可應用單變量或多變量校準模型進行準確的定量分析。通過參考標準濃度值直接賦值給LIBS或ICP-MS強度，單變量校準曲線可輕松生成。該軟件附帶一個常用的固態(tài)標樣，用于單變量校準。 另外，它使用完整的或特定范圍的LIBS光譜、質譜圖，分析人員可創(chuàng)建譜庫，構建有效、多元的校準模型，以準確檢測未知樣品的元素濃度。

玻璃樣品的LA-ICP-MS Li元素校準曲線

有效的數據可視化和樣品分類

復合系統軟件允許分析人員執(zhí)行PCA（主成分分析），并可觀察從樣品中收集到的一組LIBS光譜和質譜之間的差異。軟件中的PCA工具是使用LIBS、質譜或兩個光譜對各種樣品(包括玻璃、油漆、油墨、塑料、地質礦物等)進行分類或鑒別的理想方法。同時，該軟件提供名為“光譜學習”（Spectralearn）的可選軟件模塊。 基于偏小二乘法判別分析（PLS-DA），“光譜學習”模塊將LIBS光譜和質譜作為樣品的特征譜圖儲存在譜圖庫中。 獲得的有疑問的物質譜圖都可以與譜圖庫進行匹配，以獲得高度有效的樣品ID。

10個BAS鋼標樣的PCA可視圖(401至410)

使用DepthTracker?元素的快速深度剖析

在目標點的重復激光采樣過程中，Clarity LIBS分析軟件中的DepthTracker?能瞬時監(jiān)測所選元素的LIBS發(fā)射峰值強度，揭示不同樣品深度處元素組成的變化。DepthTracker?對于確定樣品表面的污染物、執(zhí)行涂層分析、了解薄膜結構以及識別位于其下方的夾雜物是一項有價值的功能。

結構薄膜的深度剖面

功能強大的2D/3D元素制圖

Clarity復合系統分析軟件提供了一個集成制圖模塊，可將LIBS強度和時間分辨的ICP-MS信號轉換為選定元素的詳細的2D/3D圖。 基于LIBS和LA-ICP-MS，該軟件使分析人員能夠將整個周期表中的所有元素從ppb到%的濃度范圍可視化。該軟件制作的LIBS圖涵蓋了ICP-MS難以處理的主要和次要元素，如輕元素、有機元素以及鹵素。 LA-ICP-MS圖揭示痕量元（

名片上印刷油墨的2D圖（LIBS檢測C、H，LA-ICP-MS檢測Mg, Al, Ti, Sr）

五、技術優(yōu)勢

高硬度Q開關，短脈沖Nd:YAG激光器

• 波長低至213nm
• ＜5ns@213nm

創(chuàng)新的模塊化系統為獨立的LA，LIBS，或LA – LIBS復合系統的配置設計

滿足不同分析要求的三個LIBS檢測器選項

系統傳感器，確保激光剝蝕一致性

• 高度自動調整Z L技術
• 激光能量穩(wěn)定快門

雙攝像機，一個專用于高倍成像，另一個用于樣品表面的廣角觀察

應用光譜Flex樣品室?guī)в锌苫Q鑲嵌模塊，以優(yōu)化運輸氣體流量和顆粒沖刷性能

緊湊型微集氣管設計，以消除脫氣和記憶效應

雙路高精度數字質量流量控制器和電子控制閥門

Axiom LA 系統軟件

• 硬件部件的控制與測量自動化
• 用于LIBS和LA-ICP-MS分析的強大數據分析模塊
• 用于判別和分類分析的LIBS化學計量軟件
• 多功能取樣方法：全分析、微區(qū)&夾雜物分析，深度分析和元素成像

維護成本低

升級為LA-LIBS復合系統簡單

可升級為飛秒激光剝蝕

應用光譜公司的專家會提供LA/LIBS的應用支持