隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要性日益凸顯。高效、精準(zhǔn)的檢測(cè)技術(shù)成為保障生產(chǎn)質(zhì)量、提升競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵手段。在眾多分析技術(shù)中，LIBS(激光誘導(dǎo)擊穿光譜)以其快速、無(wú)損、多元素同時(shí)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，正在成為工業(yè)質(zhì)量控制領(lǐng)域的重要工具。

什么是LIBS激光誘導(dǎo)擊穿光譜？

LIBS，全稱為L(zhǎng)aser-Induced Breakdown Spectroscopy，即激光誘導(dǎo)擊穿光譜。其核心原理是利用高能激光脈沖聚焦到樣品表面，瞬間使局部材料發(fā)生電離和擊穿，形成高溫等離子體。等離子體中的激發(fā)態(tài)原子和離子隨后發(fā)射特征光譜，通過(guò)光譜儀采集這些光譜信息，分析出樣品中元素的種類和含量。

LIBS技術(shù)能夠在極短時(shí)間內(nèi)完成元素分析，且無(wú)需復(fù)雜的樣品制備。其靈敏度高、檢測(cè)范圍廣，可覆蓋幾乎所有元素，包括金屬、非金屬以及合金成分。

LIBS在工業(yè)質(zhì)量控制中的應(yīng)用價(jià)值

1. 快速在線檢測(cè)

傳統(tǒng)的化學(xué)分析往往耗時(shí)長(zhǎng)，步驟復(fù)雜，不適合生產(chǎn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控。LIBS技術(shù)響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)在線、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如，在金屬制造、冶煉、汽車(chē)零部件加工等環(huán)節(jié)，LIBS能即時(shí)檢測(cè)合金成分，確保材料符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，避免因成分偏差導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

2. 多元素同步分析

工業(yè)產(chǎn)品中常含有多種元素。傳統(tǒng)檢測(cè)往往針對(duì)單一元素，耗費(fèi)時(shí)間和成本。LIBS通過(guò)一次激光擊穿，便可獲取多個(gè)元素的光譜信息，實(shí)現(xiàn)多元素同步檢測(cè)，大幅提高檢測(cè)效率。

3. 非接觸無(wú)損檢測(cè)

LIBS檢測(cè)過(guò)程中激光聚焦點(diǎn)極小，對(duì)樣品破壞極為有限，幾乎可視為無(wú)損。同時(shí)，激光遠(yuǎn)程照射使得檢測(cè)過(guò)程非接觸、自動(dòng)化，適合易損或高溫、高速運(yùn)動(dòng)的工業(yè)環(huán)境。

4. 應(yīng)對(duì)復(fù)雜材料檢測(cè)難題

復(fù)雜合金、復(fù)合材料、涂層及表面處理層等傳統(tǒng)分析難度大。LIBS技術(shù)能通過(guò)調(diào)整激光參數(shù)、采樣深度等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同層次及復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料的分析，為工業(yè)材料開(kāi)發(fā)和質(zhì)量控制提供有力支持。

典型工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景

金屬合金成分分析

在鋼鐵、有色金屬及合金生產(chǎn)過(guò)程中，成分的精準(zhǔn)控制關(guān)系到材料性能和安全。LIBS技術(shù)可在線測(cè)量爐內(nèi)或成品中的元素含量，快速反饋調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，減少?gòu)U品率，提升生產(chǎn)效率。

污染物及雜質(zhì)檢測(cè)

工業(yè)生產(chǎn)中，原材料和產(chǎn)品的雜質(zhì)含量直接影響質(zhì)量。LIBS能靈敏識(shí)別重金屬和有害元素，保證材料純度，符合環(huán)保和安全標(biāo)準(zhǔn)。

表面涂層厚度及成分分析

許多工業(yè)產(chǎn)品表面需經(jīng)過(guò)防腐、裝飾或功能性涂層處理。LIBS通過(guò)逐層激光剝蝕技術(shù)，分析涂層厚度及組成，確保涂層質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

電子制造與半導(dǎo)體行業(yè)

精密電子元器件對(duì)材料純度和元素配比要求極高。LIBS快速準(zhǔn)確的多元素分析滿足電子制造過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控，防止產(chǎn)品性能不達(dá)標(biāo)。

LIBS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)

優(yōu)勢(shì)

快速響應(yīng)：檢測(cè)周期通常在毫秒級(jí)，滿足高速生產(chǎn)需求。

簡(jiǎn)便操作：無(wú)需復(fù)雜前處理，降低人工和時(shí)間成本。

多元素覆蓋：從輕元素(如碳、氫)到重元素均可檢測(cè)。

適應(yīng)性強(qiáng)：可用于固體、液體及粉末樣品。

自動(dòng)化潛力：易于集成到生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守檢測(cè)。

挑戰(zhàn)

定量準(zhǔn)確性：由于等離子體特性復(fù)雜，光譜信號(hào)受多種因素影響，定量分析需要復(fù)雜校正和算法支持。

樣品表面狀態(tài)影響：表面粗糙度、氧化層及污染物可能影響激光吸收和光譜質(zhì)量。

設(shè)備成本及維護(hù)：高性能激光器和光譜儀價(jià)格較高，設(shè)備維護(hù)需專業(yè)技術(shù)人員。

不過(guò)，隨著激光技術(shù)、光譜儀硬件及數(shù)據(jù)處理算法的不斷進(jìn)步，這些問(wèn)題正逐步被克服。

未來(lái)展望

隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能制造的深入推進(jìn)，LIBS技術(shù)與大數(shù)據(jù)、人工智能的結(jié)合將釋放更大潛力。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法提升光譜識(shí)別和定量分析的精度，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳和遠(yuǎn)程監(jiān)控，LIBS有望成為智能工廠質(zhì)量控制的核心技術(shù)之一。

此外，便攜式和在線集成設(shè)備的普及，也將推動(dòng)LIBS在更多工業(yè)細(xì)分領(lǐng)域落地，從原材料檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控到最終產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證，形成全流程質(zhì)量保障體系。

結(jié)語(yǔ)

LIBS激光誘導(dǎo)擊穿光譜憑借其獨(dú)特的快速、多元素、非接觸檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，正成為現(xiàn)代工業(yè)質(zhì)量控制的重要技術(shù)手段。通過(guò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線分析，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、提升產(chǎn)品一致性和競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，隨著技術(shù)成熟與應(yīng)用深化，LIBS必將在更多工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用，助力制造業(yè)邁向智能化、綠色化的新時(shí)代。

審核編輯 黃宇