재료과학, 지질탐사, 환경감측, 문물보호, 야금공업 나아가서는 행성탐측 등 많은 분야에서 물질원소의 구성을 신속하고 정확하며 제자리에서 식별하는것은 기초적이고 관건적인 수요이다.전통적인 화학 분석 방법은 비록 정밀도가 높지만, 왕왕 복잡한 전처리, 샘플 파괴가 필요하고 시간이 비교적 오래 걸린다.레이저 유도 격파 스펙트럼 기술의 출현은 이 국면을 변화시켰다.LIBS 원리를 기반으로 구축된 레이저 유도 분광기는 샘플링 불필요, 다원소 simultaneous 분석, 미세 손실 심지어 근접 무손실, 원격/온라인 검사 가능 등 독특한 장점을 가지고 있다.본고는 그 작업 원리, 기술 특징, 전형적인 응용 및 미래 발전 방향을 체계적으로 소개할 것이다.

1. 작업원리: 레이저로 원자의 지문광을"점화"한다

레이저 유도 분광기의 핵심 원리는 매우 정교합니다.

첫째, 고에너지 펄스 레이저 빔 (일반적으로 나노 초급, 파장 1064 nm 또는 532 nm) 은 시료 표면에 초점을 맞추고 매우 짧은 시간 (<1 μs) 에 고온 고압 플라즈마 (온도 10000 – 20000 K 까지) 를 생성합니다.이 조건에서 시료표층의 마이크로그람급 물질은 순식간에 기화, 원자화되고 격발되였다.

그 후 플라즈마가 냉각되면 자극을 받은 원자나 이온이 기본 상태로 되돌아가 특정 파장의 특징 스펙트럼을 발사한다.각 원소에는 스펙트럼 지문이 있습니다. 예를 들어 철은 358.12nm, 구리는 324.75nm, 나트륨은 589.0nm에 강한 방사선이 있습니다.

마지막으로 중계단 래스터 + ICCD 탐지기와 같은 고해상도 분광기를 통해 이러한 광신호를 수집하고 데이터베이스 대조 및 정량 알고리즘을 이용하여 샘플의 원소 종류와 함량에 대한 빠른 판정을 실현할 수 있다.

전반 과정은 몇초밖에 걸리지 않으며 대다수 고체견본에 거의 가시적손상을 주지 않아 진정으로"한묶음의 빛을 치고 만물성분을 알게 된다."는것을 실현하였다.

2. 핵심 기술 우위

1. 진정한 위치와 현장 분석 능력

시료를 채취하거나 분해하거나 압편할 필요가 없으며 암석, 금속, 토양, 문물, 생물조직 등을 직접 검측할수 있다.휴대용 LIBS 장비는 야외, 광산, 사고 현장에서 실시간으로 작업할 수도 있다.

2. 전체 요소 덮어쓰기

Li, Be, B, C, N, O와 같은 가벼운 요소에서 중금속 (예: Pb, U, Hg) 에 이르기까지 거의 모든 요소를 감지할 수 있어 X선 형광 (XRF) 이 가벼운 요소에 민감하지 않은 한계를 돌파했습니다.

3.미세 영역 분석 및 깊이 분석

레이저 반점은 10~50μm로 작을 수 있으며 미소 지역 성분 mapping에 적용됩니다.연속적인 펄스 폭격을 통해 층층이 박리되고 코팅, 산화층 또는 부식 산물의 깊이 분포를 분석할 수 있다.

4.각종 물태에 적용

고체를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 액체 (특수 풀 필요), 가스 (예: 플라즈마 진단) 심지어 고온 용융 금속까지 분석할 수 있다.

3. 전형적인 응용장면

1.지질과 광업

광석 품위 신속 선별 검사 (예: Fe, Cu, Al 함량);암심 현장 원소 영상, 시추 결정 지도;행성 탐사: NASA"호기심호"화성차에 탑재된 ChemCam은 LIBS 시스템으로 수백 개의 화성 암석을 분석하는 데 성공했다.

2. 야금 및 금속 가공

폐금속 분류(스테인리스강 번호판 304 vs 316 구분);도가니 성분 온라인 모니터링, 제강 공정 최적화;항공 엔진 날개 코팅 두께와 성분 검사.

3. 환경과 안전

토양 중금속 오염 (As, Cd, Cr) 현장 선별검사;핵폐기물 중 우라늄, 플루토늄 원소 식별;폭발물 잔류(N, K, Cl 등 포함)는 신속하게 검사한다.

4. 문화유산 보호

고도자기, 벽화, 청동기 안료 성분 무손상 분석;진위 감별, 산지 소급, 복구 지도.

5. 생물과 농업

식물엽편영양원소(K, Ca, Mg) 분포연구;동물 뼈의 미량 원소와 건강 관련 분석.