摘要
什麼是LIBS? Laser Induced Breakdown Spectroscopy 雷射誘導擊穿光譜，從1962年該小組成員Brech發表的一篇LIBS論文標誌LIBS的誕生，至今已經有53年的發展歷史，LIBS對於輕元素具有靈敏度分析配備了極寬廣帶階梯光柵分析元件，元素測量範圍在10-100ppm，具有更佳靈敏度。 LIBS可輕鬆量測輕元素如:氫(H)、硼(B)、鈹(Be)、鋰(Li)、碳(C)和氟(F)。
LIBS產生和發展
什麼是LIBS
什麼是LIBS? Laser Induced Breakdown Spectroscopy 雷射誘導擊穿光譜，從1962年該小組成員Brech發表的一篇LIBS論文標誌LIBS的誕生，至今已經有53年的發展歷史。
美國火星計畫使用LIBS技術
於2012年美國火星探測器攜帶ChemCam的LIBS登上火星。由於LIBS不需要樣品處理，能夠剝蝕掉火星岩石上表面的灰塵，而且能夠分析C和H等有機輕元素，因此好奇號在2014年順利經由LIBS完成了探測任務，發現火星上存在水分等。
圖1. 好奇號火星探測器結構示意圖
LIBS硬體結構和工作原理
LIBS系統硬體主要由脈衝雷射器、光譜探測器和一系列光學元件組成。
目前能邁科技所代理的LIBS設備其所屬的研發工程師及科學家早從1994年就開始在雷射剝離及雷射元素光譜分析的領域的研究，專精於化學上與雷射分析相關商業應用，例如：雷射樣本剝蝕、雷射元素光譜分析系統等，可以說是世上少有經驗豐富的團隊。
對於輕元素具有靈敏度分析配備了極寬廣帶階梯光柵分析元件，元素測量範圍在10-100ppm，具有更佳靈敏度。 LIBS可輕鬆量測輕元素如:氫(H)、硼(B)、鈹(Be)、鋰(Li)、碳(C)和氟(F)。
LIBS應用案例說明
LIBS礦物元素成份分析
桌上型LIBS非常適合用於礦物的分析。其特點有:無樣品大小限制的樣本室，測試過程無需抽真空或灌入惰性氣體。感度高:相對低的檢測極限（ppm），系統大小可以利用車輛攜帶到現場進行檢驗。
圖3. 礦物在LIBS上，各元素所產生的波長位置
LIBS玻璃材料分析上之應用(面板玻璃表面塗層分析)
桌上型LIBS(雷射分光儀)在玻璃表面和薄膜塗層分析。無樣品尺寸的限制，而分析光束小於10微米(um)，不會留下任何痕跡於拋光材料或玻璃表面。使用266nm激光(可分析元素範圍最廣)，提供最佳的材料分析效果，電腦控制的XYZ測試平台，可以很容易根據您的特殊需要做系統配置。
LIBS火力發電燃料-煤礦分析
以煤礦來說，不同地區產的礦會有不同的組成元素，而相同元素其波峰的高低也代表相對的濃度，如下圖所示就是透過LIBS(雷射分光儀)系統針對美國四個不同地方生產之煤礦收集之光譜，其中可以發現不同產地的煤會有不同的構成元素，其濃度亦有不同。
圖4.不同產地煤的元素組成
透過LIBS系統可以快速的產生光譜，並透過PLS-DA或SIMCA的方式建立比對模型後，就快速的將礦石進行分類。如果系統配有不同元素的檢量線（calibration curves），同時也可以快速的進行定量分析。
LIBS在珠寶鑑定上之應用
目前寶石鑒定使用LIBS絕大多數應用都是定性分析。影響LIBS定量分析的主要因素有：雷射的能量大小和密度的穩定性，雷射的聚焦點的穩定性，光譜儀採樣延遲時間的穩定性，儀器中光學元件的穩定性，定標曲線的合理性。文章基於LIBS的優勢討論了LIBS在寶石學的成功應用案列，例如鑒定“鈹(Be)”或“鎂(Mg)”處理的藍寶石，傳統的分析方法很難適用，ICP因為需要對試樣進行消解而不能為客戶所接受，而通常使用的光學分析方法因熱處理工藝已經可以將“鈹”或“鎂”滲透到寶石的裡層，因而無法進行有效分辨。而LIBS儀器可以非常容易地識別出藍寶石中異常存在的“鈹”或“鎂”元素。
桌上型LIBS簡介
桌上型LIBS分析配置有266nm波長的雷射器，能保證雷射聚焦在樣品表面上，此外，它的雷射光束斑尺寸可調，並且是市面上所有LIBS雷射光束斑尺寸最小的儀器，最小雷射光束斑可達10um，確保樣品不會受到明顯的損傷。如下圖所示：
圖5. 台式LIBS分析後對寶石產生的微損
用桌上型LIBS(雷射分光儀)分析儀通過對234.86nm和313.106 nm波長鈹(Be)元素的特徵譜線進行定性分析，很容易完成對Be處理藍寶石的鑒定工作。下圖為對Be處理過的藍寶石分別用5mJ和10mJ能量進行的試驗，以及跟沒有Be處理的藍寶石進行對比。可以直接明顯的觀察到Be擴散處理過的寶石在上述兩個Be波長對應著很明顯的譜峰。
圖6. 不同雷射能量下寶石中Be的譜峰變化
桌上型LIBS(雷射分光儀)的其他應用領域
- 金屬:鑄造/鍛造/腐蝕/偏析等分析
- 礦業/礦石
- 寶石鑑定
- 考古
- 電子製造
