我國在LIBS領域取得新進展 可實現對碳鋼元素高精定量分析
拓普思實驗室系統
2020-05-04
【導讀】激光誘導擊穿光譜（LIBS）無損檢測方法實現了對碳鋼中Cr, Cu, Mn等元素的高精度定量分析。
無損檢測是指在不損害或不影響被檢測對象使用性能,不傷害被檢測對象內部組織的前提下，利用材料內部結構異常或缺陷存在引起的熱、聲、光、電、磁等反應的變化，以物理或化學方法為手段，借助現代化的技術和設備器材，對試件內部及表面的結構、性質、狀態及缺陷的類型、性質、數量、形狀、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。無損檢測是工業發展必不可少的利工具，在一定程度上反映了一個國家的工業發展水平，無損檢測的重要性已得到公認。
近日，中國科學院沈陽自動化所激光誘導擊穿光譜（LIBS）團隊提出了一種減小粗糙度對LIBS定量分析影響的有利方案，對樣品表面粗糙度在0.03-0.5μm之間的6塊碳鋼進行了掃描分析。通過優化在不同粗糙度樣品下采集光譜時燒蝕彈坑的重疊率，擬合曲線的決定系數都高于0.993。激光誘導擊穿光譜（LIBS）無損檢測方法實現了對碳鋼中Cr, Cu, Mn等元素的高精度定量分析。
碳鋼是含碳量在百分之0.0218~百分之2.11的鐵碳合金。也叫碳素鋼。一般還含有少量的硅、錳、硫、磷。一般碳鋼中含碳量越高則硬度越大，強度也越高，但塑性越低。碳鋼主要指力學性能取決于鋼中的碳含量，而一般不添加大量的合金元素的鋼，有時也稱為普碳鋼或碳素鋼。碳含量對碳鋼組織的影響：當碳含量小于百分之0.77時，隨著碳含量的增加鐵素體的含量逐漸減少，主觀題的含量逐漸增加，當碳含量大到百分之0.77時，珠光體的含量增加到百分之一百；碳含量繼續增加，出現了新的組織二次滲碳體，當碳含量增加到百分之0.9時，二次滲碳體形成網狀型態，導致碳鋼所有力學性能均下降。
無損檢測已不再是僅僅使用X 射線，包括聲、電、磁、電磁波、中子、激光等各種物理現象幾乎都被用做于了無損檢測，譬如：超聲檢測、渦流檢測、磁粉檢測、射線檢測、滲透檢測、目視檢測、紅外檢測、微波檢測、泄漏檢測、聲發射檢測、漏磁檢測、磁記憶檢測、熱中子照相檢測、激光散斑成像檢測、光纖光柵傳感技術，等等，而且還在不斷地開發和應用新的方法和技術。
常用的無損檢測方法：渦流檢測(ECT）、射線照相檢驗（RT）、超聲檢測(UT）、磁粉檢測(MT）和液體滲透檢測(PT) 五種。其他無損檢測方法：聲發射檢測（AE）、熱像/紅外（TIR）、泄漏試驗（LT）、交流場測量技術（ACFMT）、漏磁檢驗（MFL）、遠場測試檢測方法（RFT）、超聲波衍射時差法（TOFD）等。
什么是激光誘導擊穿光譜
技術通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，進而對等離子體發射光譜進行分析以確定樣品的物質成分及含量。超短脈沖激光聚焦后能量密度較高，可以將任何物態（固態、液態、氣態）的樣品激發形成等離子體，LIBS技術（原則上）可以分析任何物態的樣品，僅受到激光的功率以及攝譜儀&檢測器的靈敏度和波長范圍的限制。再者，幾乎所有的元素被激發形成等離子體后都會發出特征譜線，因此，LIBS可以分析大多數的元素。如果要分析的材料的成分是已知的，LIBS可用于評估每個構成元素的相對豐度，或監測雜質的存在。）等離子體激發溫度的函數，b）光收集窗口，以及c）所觀查的過渡譜線的強度。LIBS利用光學發射光譜，并且是該程度非常類似于電弧/火花發射光譜。
LIBS在技術上是非常相似的一些其它基于激光的分析技術，共享許多相同的硬件。這些技術是拉曼光譜學的振動光譜技術，激光誘導熒光（LIF）的熒光光譜技術。實際上，現在設備已經被制造成在單個儀器中結合這些技術，允許樣品原子的，分子的和結構的特征研究，以給予物理性質的一個更深入的了解。光譜儀包括分光部分和光電轉換模塊。
定量分析的含義
是識別危險的一種方法。原是分析化學的一個分支，以測定物質中各成分的含量為主要目標。根據所用方法的不同，分為重量分析、容量分析和儀器分析三類。因分析試樣用量和被測成分的不同，又可分為常量分析、半微量分析、微量分析、超微量分析等。后推廣為在明確劃分物質種類的前提下，即把物質定性以后，具體分析物質的強度、剛度、范圍變化量指標。在“量” 的方面分析物質，適于分析危險損失發生的概率、頻率和損失程度等量度指標。
激光誘導反應法
是利用激光來引發、活化反應物系，從而合成高品位納米材料的一種方法。其基本原理是:利用大功率激光器的激光束照射于反應氣體，反應氣體通過對激光光子的強吸收，氣體分子或原子在瞬間得到加熱、活化，在很短時間內反應氣體分子或原子獲得化學反應所需要的溫度，迅速完成反應、成核與凝聚、生長等過程，從而制得相應物質的納米微粒。
通常，入射激光束垂直于反應氣流，反應氣體分子或原子吸收激光光子后被迅速加熱，根據估算，激光加熱的速率為106-108°C/s，加熱到反應溫度高的時間小于10-4s。生成的核粒子在載氣流的吹送下迅速脫離反應區，經短暫生長過程到達收集室。
