Почему технология LIBS является предпочтительным выбором для портативных элементных анализаторов?

В условиях проведения элементного анализа на месте портативные элементные анализаторы уже давно стали необходимостью. Будь то промышленный контроль качества, разведка полезных ископаемых, исследования и разработки литиевых батарей или реставрация культурных реликвий, необходимо «легкое, быстрое, точное и безопасное» устройство для идентификации элементов в любое время и в любом месте. Однако многие задаются вопросом: на рынке существует более одной технологии элементного анализа, так почему же большинство портативных устройств выбирают технологию LIBS (лазерно-индуцированная спектроскопия пробоя)?

Для начала давайте проясним распространенное заблуждение: портативные элементные анализаторы не ограничиваются только LIBS. Однако, учитывая основные требования к портативности, отсутствию радиации, нетребовательности к сложным разрешениям, возможности измерения легких элементов и адаптации к работе с грубыми образцами в полевых условиях, LIBS в настоящее время является лучшим и наиболее незаменимым решением.

В чём заключаются различия между тремя основными портативными технологиями элементного анализа?

В настоящее время на рынке представлены три основные технологии, позволяющие проводить портативный элементный анализ: LIBS (лазерно-индуцированная спектроскопия пробоя) , Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) , и портативный искровой OES (Оптическая секвенирующая спектроскопия). Эти три технологии различаются по своим принципам, портативности и сценариям применения.

LIBS (лазерно-индуцированная спектроскопия пробоя): универсальный инструмент в мире портативных устройств.

Проще говоря, принцип действия следующий: импульсный лазерный луч фокусируется на поверхности образца, мгновенно разрушая микроскопическую точку и генерируя высокотемпературную плазму. По мере охлаждения плазма испускает «характерные спектры» различных элементов. Анализ с помощью спектрометра позволяет быстро идентифицировать типы элементов и их концентрации.

Его основные преимущества идеально соответствуют ключевому требованию «мобильности»:

Контролируемый размер и вес: миниатюрный наносекундный лазер и микроспектрометр обеспечивают общий вес, как правило, от 1,2 до 1,5 кг, что позволяет использовать прибор в ручном режиме в течение длительного времени, реализуя принцип «носи с собой, измеряй в любое время»;

Безопасный и доступный: не требуется высоковольтный источник питания или источник радиоактивного излучения. Не требуется регистрация или профессиональная подготовка. Его можно свободно переносить и использовать в самолетах, больницах, лабораториях и шахтах.

Высокая адаптивность к различным условиям: практически не требуется подготовка образцов — образцы с оксидной пленкой, шероховатыми поверхностями, покрытиями, даже сварными швами и мелкими деталями можно тестировать непосредственно без шлифовки или очистки;

Высокая скорость тестирования: результаты доступны через 1-2 секунды, что исключает время ожидания и делает его подходящим для пакетного тестирования на месте;

Выдающиеся возможности обнаружения легких элементов: прибор способен стабильно обнаруживать такие легкие элементы, как C, Li, Be, B, Mg и Al, которые являются важными элементами во многих областях применения (например, измерение содержания Li в литиевых батареях, измерение содержания C в углеродистой стали).

Конечно, у него есть и незначительные ограничения: он оставляет на поверхности образца пятно размером в микрометр (микродеструктивное воздействие), его точность несколько ниже, чем у высококлассных рентгенофлуоресцентных анализаторов и настольных оптических эмиссионных спектрометров, а предел обнаружения тяжелых элементов не так высок, как у рентгенофлуоресцентного анализа. Однако эти ограничения практически незначительны в сценариях «портативного обнаружения на месте».

Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF): «специалист» по обнаружению тяжелых элементов, но не отличается портативностью.

Принцип его работы проще, чем у LIBS: образец возбуждается с помощью рентгеновской трубки или источника излучения, и образец испускает характеристическую рентгеновскую флуоресценцию. Анализируя энергию флуоресценции, идентифицируются элементы. Его преимущества очевидны, но портативность также является существенным недостатком.

Преимущества: Полностью неразрушающий контроль; высокая точность и стабильность для тяжелых элементов, таких как Fe, Ni, Cr, Cu, Zn и Pb; подходит для ситуаций, требующих целостности образца (например, для обнаружения артефактов).

Проблемы, препятствующие переносимости:

Большие размеры и вес: рентгеновская трубка, источник излучения и высоковольтный источник питания обычно весят более 1,6–2,0 кг, что вызывает усталость рук при длительном использовании и снижает привлекательность устройства как "по-настоящему легкого".

Риски радиационной безопасности: Поскольку это радиоактивное устройство, оно требует регистрации, профессиональной подготовки и соответствующих разрешений, а также запрещено во многих чувствительных местах (больницы, лаборатории, площадки атомных электростанций).

Слепая зона для измерения легких элементов: прибор с трудом измеряет легкие элементы, такие как C, N, O, Li, Be и B, и не соответствует требованиям, предъявляемым к литиевым батареям и углеродистой стали.

Высокие требования к образцам: масла, оксидные слои и покрытия на поверхности образца могут серьезно исказить результаты испытаний, поэтому необходима предварительная очистка и полировка.

Портативный Spark OES: высокоточный прибор, но далеко не «портативный».

Подобно LIBS, этот метод генерирует характерные спектры путем возбуждения образца, но для обеспечения точности обнаружения требуется возбуждение электрической искрой/дугой и продувка аргоном.

Преимущества: Чрезвычайно высокая точность обнаружения, позволяющая измерять такие элементы, как C, S и P. Это стандартный метод контроля в области промышленной металлургии, подходящий для сценариев с чрезвычайно высокими требованиями к точности (например, определение состава стали).

Проблемы с портативностью: Достичь истинной портативности практически невозможно — это требует переноски баллонов с аргоном, трубок и клапанов; вся установка обычно весит 10-15 кг, а это значит, что ее можно использовать только в транспортном средстве или стационарном месте, а не вручную; кроме того, она требует высоковольтного разряда, что создает риски для безопасности, а образец должен быть плоским, чистым и проводящим, что затрудняет подготовку образца.

Почему LIBS является самым популярным выбором для портативных устройств?

После сравнения трех технологий ответ очевиден — LIBS не идеальна, но она наилучшим образом обеспечивает баланс между «портативностью, безопасностью, адаптируемостью к полевым условиям и основными потребностями в тестировании», особенно в следующих четырех ключевых сценариях, где практически нет альтернатив.

1. Требование «работы одной рукой, без лишних усилий» может быть удовлетворено только с помощью LIBS. Основное требование к портативным устройствам — «простота использования и возможность тестирования в любое время и в любом месте». Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) тяжелый, а искровой оптический эмиссионный анализ (OES) громоздкий и требует газового баллона. Только LIBS может обеспечить вес около 1,2 кг без газовых баллонов и высокого давления, что позволяет работать одной рукой в течение длительного времени. Будь то работа в шахтах, осмотр производственных линий или проведение разведочных работ на открытом воздухе, он не будет обременительным.

2. Незаменимы для проведения испытаний на месте: только LIBS-системы могут стабильно измерять легкие элементы (C, Li, Al и др.).

Многие сценарии тестирования на месте основаны на обнаружении легких элементов: для углеродистой и нержавеющей стали требуется анализ на содержание углерода (для определения марки материала), для алюминиевых сплавов — анализ на содержание алюминия и магния, а для материалов литиевых батарей — анализ на содержание лития. Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) не может удовлетворить этим требованиям. В настоящее время LIBS — единственная технология, способная стабильно обнаруживать эти легкие элементы на портативном устройстве, что делает ее ключевым конкурентным преимуществом с точки зрения портативности.

3. Безопасность и соответствие требованиям: LIBS не имеет барьеров для входа.

Независимо от того, используется ли прибор в корпоративных целях или для переноса между различными сценариями, безопасность и соответствие нормативным требованиям имеют первостепенное значение. LIBS нерадиоактивен, не представляет опасности высокого давления, не требует регистрации или обучения и может свободно переноситься и использоваться по всему миру. Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF), напротив, регулируется радиационными нормами, а искровая оптическая эмиссионная спектроскопия (OES) сопряжена с рисками высокого давления и искрообразования, что делает её непригодной для многих сценариев и создаёт очень высокий барьер для внедрения.

4. Сложные условия на месте проведения работ делают LIBS более адаптируемым.

Образцы, взятые на месте, в основном находятся в своем «сыром» состоянии — с окалиной, шероховатыми поверхностями, сварными швами и даже мелкими деталями и покрытиями, — что делает точную подготовку образцов невозможной, как в лабораторных условиях. LIBS практически не требует подготовки образцов и может использоваться непосредственно для обнаружения; в то время как XRF и искровая оптическая эмиссионная спектроскопия предъявляют чрезвычайно высокие требования к качеству поверхности образцов, чего трудно достичь на месте, а результаты анализа подвержены искажениям.

Краткий обзор вариантов выбора: Какую технологию следует выбрать для различных сценариев?

Если вам нужно измерять только тяжелые металлы, вас не беспокоит радиация, и вам не требуется обнаруживать легкие элементы (например, для обнаружения тяжелых металлов в окружающей среде) — выбирайте этот вариант. Портативный рентгенофлуоресцентный анализатор ;

Если вам нужна высокая точность, необходимо измерять C, S и P, вес не имеет значения, и вы можете использовать аргон (например, для контроля качества на месте в лаборатории) — выбирайте этот вариант. Портативный искровой OES ;

Если вам необходима портативность, отсутствие излучения, измерение всех элементов (включая C/Li/Al) и быстрая диагностика на месте (например, в шахтах, литиевых батареях, на производственных линиях) — выбирайте этот прибор. LIBS-анализатор Вы не прогадаете.

Фактически, причина, по которой LIBS стала «основным выбором» для портативных элементных анализаторов, заключается в том, что она точно решает основные проблемы «экспериментов на месте» — портативность, безопасность, скорость и адаптируемость к сложным образцам. Благодаря технологическим усовершенствованиям точность LIBS постоянно улучшается, и в будущем она будет становиться предпочтительным выбором для более портативных сценариев тестирования. .

Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации или более подробных сведений!

Тел.: +86-183-5283 6805

Электронная почта: sales@jinyibo.com