Sci-Trace LIBS元素分析系统——全能元素分析实验室

　　X-Trace LIBS遥测元素分析系统——LIBS原位元素分析移动实验室 LIBS技术全面应＠ 用解决方案：包括MicroLIBS、μCT与LIBS 3D成像系统技术方案(AtomTrace研究№团队在世界上最早结合应用μCT与LIBS技术，参见后面应用案例方案)、生物学应用方案、生态与环境科学应用方案、土壤科学应用方案、地质矿产(包括珠宝鉴⌒定)应用方案、材料科学应用方案、考古学及文物鉴定应用方案、刑侦学应用方案、医药学包括中医药研究应用方案等项目合作：包括样品测试分析、样品化学二维甚至三维分布构建、专业领域应用合作与论文发表、人才联合培卐养(如博士学位等)与LIBS技术培训、实验室合作等 AtomTrace为您提供全球最顶尖、最全面的LIBS分析技术方案!

　　Sci-Trace LIBS元素分析系统, All-in-one LIBS system

　　Sci-Trace LIBS元素分析系统代表了LIBS元素分析与扫描成像的最高技术境界。整套系统采用模块化设计，具︻备高度可扩展性和兼容性。系统采用专业光机实¤验台面，高度可扩展性和兼容性的LIBS样品激光作用室安装在实验台面上，样品激光作用室具备各种端口以连接XYZ三维自动调节样¤品台、气压调节系统、吹扫系统、等离子体光★谱信号采集系统、顶部及侧面样品监测系统等，还可连接双激发激光模块、Raman分析、LIFS分析等扩展模块，并具直径100mm配有激光保护滤镜的＠观察窗，实时观察样品反应情况;台面下为仪器箱，供各种卐组件灵活、有序、紧凑摆放：左侧隔板可调，放置激光光源、光谱仪、能量计、校』准光源等，右侧机架放有电子控制组件、电脑、激光PSU等、DDG、PSR等;仪ζ器箱具备开启门，门上有系统电源▽开关、指示灯、应急开关、USB插口及锁等。整套系统有脚轮，便于移○动和锁定。

　　技术特点：

　　ü 积20年LIBS技术研究，顶尖专家团队◎精心打造顶尖专业仪器技术，并为专业应用领域提供与时具进的专家支持;购买了Sci-Trace，意味着得到了全球顶尖的专业团队技术支持和实验室合作

　　ü 模块式结构，配置灵活，具备强大的系统可扩展性，使您的LIBS元素分析实验室永远保持最新技术水平，不会◥像一般商业公司制造商提供的系统没用几年即很快落伍没法使用

　　ü 可︾方便配置升级成Micro-LIBS，用于金属组学研究(Metalomics)等

　　ü 可与μCT组合进行三维成像分析，用于医疗诊断等♀

　　ü 具备强大的技术兼容性，可自由选择最适合的激光光源、光谱检测系统及光学组件，可轻松♀结合其它辅助技术(双激发/三激发;LIBS+LIFS;Raman等)(需AtomTrace激光光谱技术实验室提供技术方案)

　　ü 高端全光谱Echelle光谱仪及EMCCD光Ψ 谱检测器⊙，高稳定性、高精确度、高灵敏度，每次可检测分析所有波段光谱;可同时选配Czerny Turner光谱仪及相应iCCD或EMCCD等高端光谱检测器组成双检测系统，以进一步达到更低的检测极限(检测极限很大程度上还与样品本身有关，专□家方案建议极为重要，下图为双脉冲、双检测系统结构示意图：1、6为¤双脉冲激光器，2为CCD镜头用于样品成像监测，3为等离子体光谱采集光学系统，4、5分别为Echelle光谱仪和iCCD检测器，7为真空样品激光作用室，8、9分别为Czerny-Turner光谱仪和iCCD检测器)

　　ü 可选配DPSS双脉冲Nd:YAG激光模块，二极管泵浦双脉冲激光器——世界上第一家使用该技术的LIBS系统，空气冷却，高稳定性、长寿命(10亿次以上脉冲◥)，可用于单脉冲或双脉冲激光LIBS

　　ü 尽显LIBS技术优势：

　　n 不受样品状态限制，可分析固▆体、液体(专用分析室)和气体【状态的样品

　　n 可分析所有元素含量(检测极限可达0.1ppm甚至更低)并形成二维分布图甚至通过剖面剥蚀分析得到三维元素分布

　　n 多种样品】台架，样品无需】预处理，可轻松用于环境监测(土壤污染、微粒或沉积分析、大气颗粒物、水悬浮液、藻类、突发事件检测等◥)、岩矿分析、塑料等各种材∩料分析、土壤分析、植物分析、痕迹溯源追踪№分析、法医与生物医学检测(牙齿、骨骼、毛发等)、年轮分析、考古学检ㄨ测等各种应用

　　n 快速扫描测量、在线数据显示分析

　　ü 多样化高端LIBS样品激光作用室(LIBS interaction chamber)，有开放式样品操作台、笼式样品激光作用室及真空样品激光作用室供选配，其中开放式操作台可＠ 升级为笼式或真空式，笼式可升级为真空样品激光作用室

　　ü真空样品激光作用室为模块式高▓度可扩展和高度兼容系统▆，激光“密封”在室内作用于样品，具备激光过滤器观察口，确保分析过程的安全;三维样品自动操作、自动聚焦，可产生不同角度不同侧面格式的2D图像(2D mapping);集成有激光聚焦、等离子体辐射采集、CMOS镜头、激光滤波器等光学元件;具备各种※可扩展端口以便升级扩展各种配件及双脉冲LIBS、LIBS+LIFS、拉曼光谱、IR光谱、光致发光(photoluminescence)等

　　ü 主输』入模块(Primary Input Module)可以不同角度、不同强度四象限→LED照明(以得到』最佳照明成像)、在线成像观测(另具备二级侧面成像观测模块)、激光聚№焦及激光光斑调控(可选配Laser spot size module)

　　ü 整套系统便于维护、检修、升级、扩展——甚至不需要费时费力运回原厂即可就地检修、就地升级、就地扩展

　　ü 系统控制软件控制所有连接模块及样品照明控制︻、样品在线成像观测、操作台自动控制、真空样品激光作用室气压¤调控、样品自动清＠ 洁、惰性气体调控、激光调控及检ω　测器调控、等离子体光谱采集╳等

　　ü 数据处理分析软件功能强大、界面友好，用于光谱输入输出、编辑处理、运算、数据可视化、曲线校准■与优化、峰值辨识、统计分析(包括ANN、DFD、PCA主成分分析、聚类分析等)、元素二维分卐布图等等，数据库包括NIST数据◆库及欧盟CEITEC激光光谱学实验√室LIBS数据库(DFD功能等参见下面软件界面图)

　　X-Trace LIBS元素遥测分析系〓统

　　Mobile laboratory for in-situ spectrochemical analysis

　　X-Trace LIBS元素遥测分析系统由CEITEC/Atomtrace激光光谱学实验▽室研制生产，是世界上独◤一无二的LIBS元素原位遥测分析系统，遥测距离可达20m以上。系统由遥测探头(Stand-off detection module)和主机系统(Transport module，移动式●平台)组成，由主机系统控制脉≡冲激光经遥测探头远距离打到被测物体表面并形成等离子体，等离子体◥光谱由遥测探头采集聚焦传输到主机系≡统进行分析，遥测探头高分辨率CCD镜头用于观测、定位和记录样品表面状况。遥测探头可上下↓左右自动调控旋转移动，可放置在主机系统的移动式平台上，也可单独固定在强固专用三脚架上;另具手持式光纤遥测探头(Fiber optic module with hand probe),用于手持探头近距离测量。移动平台集▲成有光谱仪、检测器、控制系统、光机ω结构等模块。整机采用模块式结构，可根据⊙不同的需求应用灵活组合。

　　不必要再将物质分々析研究拘泥于实验室，X-Trace 的激■光诱导击穿光谱分析( LIBS )技术，使您可以将实验室移至任何样品处，进行真正∮的物质原位测量及原位化学分析!

　　技术特点：

　　ü Stand-off LIBS 与Remote LIBS专利技术，原位非接触▲测量分析，遥测距离可达20m甚至更远，对于不能到达接触的物体、危险环境的物体，X-trace是唯一的理想选择!

　　ü 可手持光纤探头原位激光脉冲聚焦冲蚀测量，遥测距离0-6m(光纤长度7m)，光斑小于0.5mm

　　ü 模块式结构组成，配置高↙度灵活、系统高度可扩展，易于▂拆卸组装、便于运输，方便操作、移动等

　　ü 高端LIBS系统，高端全光谱Echelle光谱仪及EMCCD光谱检测器，高稳定性、高精确度、高灵敏度，自动定位聚焦于被测ㄨ样品

　　主要参数指◤标：

　　1. 强度铝合金框架移动█平台，不锈钢板，具4x260mm移动轮和4个固定脚、2个㊣折叠把手，控制面板包括电源卐开关、计算机开关、2xUSB端口及SMA、DVI、以太网端口等

　　2. 移动平台具前后双开启门，前门面对PC、激光PSU与脉冲发生器等，后门面对光谱仪▓等，便于维护、检修、升级、扩展等

　　3. Echelle分级光栅光谱仪，光谱范围200-1100nm，分辨能量】达5000λ/FWHM;可选配Czerny-Turner光谱仪

　　4. EMCCD光谱检测器，光谱范围200-1100nm，QE(光量子效】率)65%QE@530nm、24%@200nm，频率30Hz

　　5. Q-Switch pulsed Nd:YAG激光，闪光泵浦激光器，激光能量200mJ@532nm，8ns脉闪，频率20Hz

　　6. 遥测「探头遥测距离：6-20m，自动聚焦，光斑小于1.5mm，脉冲能量200mJ

　　7. 激光聚焦：伽利◥略望远镜，5倍光束放∩大，BK7透镜，AR@532nm，抗反射增透膜，机动化聚焦6米々至无穷远

　　8. 光谱信号采集：牛顿望远镜，12”初级UV增强镀铝↑反射镜和2”次级UV增强镀铝反射镜，MgF2镀膜，机动化聚焦6m至无穷远，多模高⊙羟基硅550(直径)μm光纤，190-1200nm，SMA端口，铠装

　　9. 遥测探头±90°机动化旋转，0.1弧分分辨率;机动化仰＠ 角-14°～33°，分辨率0.1弧分

　　10. 手持光纤探头测量距离0-6m，光斑小于0.5mm，脉冲能量最大25mJ;抗反射增透膜⊙激光聚集透镜，UVFS集光光纤准ξ　直器，具测▆量开关按钮;多模高羟基硅550μm光纤(直径)，190-1200nm;SMA端口，多模高能910μm光纤，400-2200nm，HP SMA端口，铠装

　　11. 控制软件基〖础功能与控制：样品成像观测，遥测模块旋转、仰角控制及自动聚焦，原位样品距离测量

　　12. 控制软件激光与检测器设置：脉冲激光能量〓及重复频率设置、检测延迟设置、曝光时间设置

　　13. 测量设置：单点测量、2D成像设置、清洁〗脉冲数量设置，毎点快照数量及累积设╲置等

　　14. 样【品三维移动操作、XYZ自动定位、设置XYZ坐标文件、定义＠分析点、输出坐标文件包括选择的分析元素相对浓度

　　15. 软件系统包括系统控制、样品观测与◆自动聚焦、光谱采集、光谱分析处理、化学成像、(自动2D成像)、元素数据库、校准曲线形成等

　　16. 大小107x78x158cm，175kg

　　应用方案、案例，Applications & Solutions

　　1. 生命科学应用方案与案例

　　CEITEC/AtomTrace LIBS研究团队很早就关注到LIBS技术在生命科◢学包括生物医学领域的应用。

　　2005年，Jozef Kaiser博士(Atomtrace公＠ 司科学主任、布尔诺︼大学教授、激光光谱学研究室负责人、CEITEC物质特性与表面科学研究部主任)等在European Physical Journal上发表了“Mapping of the metal intake in plants by large-field X-ray microradiography and preliminary feasibility studies in microtomography”(Eur.Phys.J. D 32, 113-118);2006年又利用LIBS飞秒激光光谱分析技术研⊙究分析了植物样品铁、锰元素的分布并首次作出完整叶片铁元素的二维分布图(参见右图)，并发表了“Femtosecond laser spectrochemical analysis of plant samples”(Laser Phys.Lett.3, No.1, 21-25, 2006)

　　2007年至2010年，以Kaiser博士为代表的研究团队利用μCT与飞秒激光诱导击穿光谱技术(LIBS)及LA-LCP-MS等技术，对↑向日葵等植物组织中重金属元素吸收积累进行了研究分析，先后发表论文：

　　1) Monitoring of the heavy-metal hyperaccumulation in vegetal tissues by X-ray radiography and by Femto-second laser induced breakdown spectroscopy. Microscopy research and technique 70:147-153, 2007;

　　2) Utilization of laser induced breakdown spectroscopy for investigation of the metal accumulation in vegetal tissues. SpectrochimicaActa Part B 62:1597-1605;

　　3) Investigation of heavy-metal accumulation in selected plant samples using laser induced breakdown spectroscopy and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Appl. Phys. A 93:917-922, 2008;

　　4) Multi-instrumental analysis of tissues of Sunflower plants treated with Silver(I) ions—plants as bioindicators of environmental pollution

　　5) Mapping of lead, magnesium and copper accumulation in plant tissues by laser-induced breakdown spectroscopy and laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. SpectrochimicaActa Part B 64:67-73, 2009;

　　6) Sunflower plants as bioindicators of environmental pollution with lead(II) ions. Sensors 9:5040-5058, 2009;

　　7) Detection of lead in Zea mays by dual-energy X-ray Microtomography at the SYRMEP Beamline of the ELETTRA Synchrotron and by Atomic Absorption Spectroscopy. Microscopy Research and Technique 73:638-649, 2010;

　　8) Determination of plant thiols by liquid Chromatography Coupled with Coulometric and Amperometric Detection in Lettuce treated by lead(II) ions. Electroanalysis 22 No.11:1248-1259, 2010

　　CEITEC/Atomtrace LIBS研究团队不仅最■早利用LIBS技术作出完整叶片元素分布图∮，还最早利用LIBS技ζ术与显微CT(μCT)相结合进行三维化学成像构建。上述研究成果奠定了以Kaiser博士等为代表的激光光谱学实验室LIBS技术√在全球生命与环境科学应用领域的领先地位。

　　左图为向日葵根截面显微CT，右图为铅金属在向日葵根的分布图(源自J.Kaiser等，2007)

　　左图为重金属污染模型，右图为玉米、向日葵及生菜▃LIBS元素分析叶片铅、镁浓度二◥维分布图

　　2010年，以Kaiser为代表的激光光谱学实验室◥利用LIBS技术结合μCT技术，对蛇的畸形性骨炎脊椎骨元素包括Ca、Al、P、Na等分布进行了研究分析，并发表了“Investigation of the osteitisdeformans phases in snake vertebrae by double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy”(Anal. Bioanal. Chem. 398:1095-1107, 2010)

上图为蛇▲脊椎μCT，下图为蛇正常脊椎骨(a)与病理〇脊椎骨(b)钙、磷■二维分布图

　　实卐验室研究团队还对LIBS技术在古生』物学、考古学方面的应用进行了研究，下面为史前动物牙齿研究分析结果(参见论文：Multielemental analysis of prehistoric animal teeth by laser-induced breakdown spectroscopy and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Applied Optics 49 No.13:191-199, 2010)，该研究对于年轮元素分布与环境变迁研究同样具有重∞要意义。

　　分别用LIBS技术和LA-LCP-MS技术所做的史前动物牙齿Sr/Ca和Sr/Ba分布图。

　　骨片图片可清晰显示年轮(暗色为冬季、白色为夏季)

　　2012年，Kaiser博士等根据多年的研究Ψ 成果和同行研究情况，撰写发表了综述性文章“Trace elemental analysis by Laser-induced breakdown spectroscopy---biological applications”(Surface Science Report 67:233-243, 2012)

　　实验室还↙应用LIBS技术对藻类进行了大量研究(参见后面“液体LIBS元素分析应用案例和方案”)，并于2014年发表▂了综述性文章“Algal biomass analysis by laser-based analytical techniques---a review”(Sensor 14:17725-17752, 2014)

　　2. 地质矿产应用

　　CEITEC/Atomtrace激光光谱「学实验室对LIBS在地质矿产方面的应用进行了大ξ量研究，在2014年发表的“Two dimensional elemental mapping by laser-induced breakdown spectroscopy”(Spectroscopy Europe 26 No.6:6-10, 2014)学术√论文中▓，对砷铂矿、黄铜矿Pt、Pb、Ni等的表面元素分布进行了2D甚至结合μCT进行了Ψ三维构建▲。

　　CEITEC/Atomtrace激光光谱学实验室对LIBS在地质矿产方面的应用进行了大量研究，在2014年发表的“Two dimensional elemental mapping by laser-induced breakdown spectroscopy”(Spectroscopy Europe 26 No.6:6-10, 2014)学术论文中，对砷铂矿、黄铜矿Pt、Pb、Ni等的表面元素分布进行了2D甚至结合μCT进行了三维构建。

　　左图为黄铜矿样本，样本来源于西伯利亚塔尔纳赫(Talnakh);右图为μCT及应用LIBS分析技术三维构建的方铅矿脉沉积

　　铀是人类〖最有前景的能量来源，原位检测铀的存在与否极为重要，铀矿检测的主要挑战是其复杂的光谱发射和高密度光谱曲线——甚至超出了一般的光谱仪检测能◥力。CEITEC激光光谱学实验室利↘用LIBS技术，通过ANN(人工神经网络)信息处理技⊙术和PCA(主成分分析)，对沙岩铀矿进行了测量分析。

　　左图：ANN SOM(组织映射图)特定光谱区♀域响应(红色【圆点为高、蓝色为低);中图：沙岩样品化学分布图，Class1(淡黄色)代表高铀浓度分布，Class3(深棕色)代表氧化硅分布，Class2为铀和氧化硅的混合区;右图：铀矿密度分布

　　3. 液体(水悬浮液)LIBS元素分析

　　早在2000年，布尔诺科技大学激光光谱学实验∩室OtaSamek及Jozef Kaiser博士等即发表了“Application of laser-induced breakdown spectroscopy to in situ analysis of liquid samples”(Opt.Eng. 39(8) 2248-2262, 2000)。2012年，CEITEC激光光谱学实验室研究团队与PSI公司合作，在《SpectrochimicaActa Part B》发表了“Application of laser-induced breakdown spectroscopy to the analysis of algal biomass for induxrial biotechnology”,该研究〗利用LIBS技术和特制液体样品激光作用室，分析了钾、镁、钙、钠等与藻类至关重要的元素及铜等毒性重金属元素积累。实验设计方案为两种，一种为利用真空样品〓激光作用室对藻类生物膜进行◢测量分析，另一种利用特制液体样品激光作用室分析液︼体中的微藻目标元素(参见下图)

　　左上图：生物膜□　测量分析方案示意图;左下图：藻类悬浮液测量分析方案设计示意图;

　　右图：生物膜脉冲激光剥蚀孔

　　近几年来，CEITEC激光光谱学实验室研究人员对液体元素分析进行了系列研究，在LIBS液体(包括水☉悬浮液)元素分析领域处于国际最前沿，可以提供各种最佳解决方案。下图为分析水中重金属元素(铜)的方案图：

　　4. 纳米材料

　　纳米技术是当今材料技术的♀热点，其中量子点(Quantum dots，QDs)及其应用(如作为生命科学量子点标记、癌细胞成像等)被认为是最有前景的纳米颗粒。而在这些应用中，必须精确检测QDs并定性▂定量测量其空间分布，目前检测方法复杂、耗时且昂贵，CEINEC/Atomtrace激光光谱学实验室利用LIBS技术，将不同※剂量、不同PH值镉(Cd)QDs溶液注射到ㄨ滤纸上，测量※分析了QDs的空间分布，为利用LIBS技术进行QDs快速检测提供了重要的技术应用方案。