▉系統(tǒng)概述

Tandem即LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)，它可以在獨(dú)立的LA模式或LIBS模式下運(yùn)行，也可以作為LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行，實現(xiàn)LA-ICP-MS和LIBS之間結(jié)果的相互驗證。Tandem既實現(xiàn)了同時進(jìn)行常量、微量元素及同位素（與ICP-MS聯(lián)用）的全面測量，又實現(xiàn)了包括有機(jī)元素、輕質(zhì)元素、鹵素元素的全周期表測量，并且具有快速元素分布制圖、歸一化ICP-MS等離子體發(fā)射信號、LIBS快速基體匹配修正、LIBS快速掃描樣品、LA深入細(xì)節(jié)分析等功能。在軟件方面，功能強(qiáng)大的Clarity Tandem軟件基于光譜和質(zhì)譜信息，建立光譜和質(zhì)譜兩個數(shù)據(jù)源疊加的元素譜庫，采用交互驗證的高級校準(zhǔn)模型，實現(xiàn)樣品物質(zhì)中主量元素、次量元素和微量元素的精確定量分析，為不同應(yīng)用領(lǐng)域提供更強(qiáng)的鑒定分析能力。

▉應(yīng)用領(lǐng)域

l   環(huán)境保護(hù)：土壤、植物、水源、大氣中元素的分析，碳循環(huán)研究

l   地球化學(xué)：巖石起源鑒定，測定礦物化學(xué)組分

l   能源產(chǎn)業(yè)：石油、煤粉中的元素分析，太陽能電池，新型電池研發(fā)

l   考古應(yīng)用：辨別來源與贗品識別，藝術(shù)品材料表征年代估計

l   司法鑒定：如毛發(fā)、血液分析，推斷物質(zhì)來源，物質(zhì)分類和鑒別，偽造物分析

l   材料分析：材料的化學(xué)成分分析，元素分布情況研究

l   生物醫(yī)學(xué)：臨床病變組織分析，病原體微生物分析藥物成分分析

l   食品安全：地溝油，三聚氰胺，瘦肉精及一些視頻添加劑的分析

l   爆炸物分析：爆炸物分析，核物質(zhì)分析

l   電子產(chǎn)業(yè)：半導(dǎo)體產(chǎn)品中有害物濃度的快速檢測

l   珠寶鑒定：寶石礦物中元素的分布圖

▉技術(shù)特點(diǎn)

l   直接LA采樣進(jìn)樣，可供ICP-MS分析或LIBS分析，或者兩種方法同時分析

l   同時測量主要/痕量元素以及同位素

l   檢測速度快至幾秒

l   可檢測ICP-MS難以測量的輕質(zhì)元素、有機(jī)元素和鹵族元素，如：C、H、O、N、F等

l   可以做整體分析、夾雜物分析、剖面分析、元素分布圖

l   動態(tài)擴(kuò)展?jié)舛确秶鷱膒pb級至百分比級

l   雙攝像頭成像系統(tǒng)，輕松標(biāo)識和選擇采樣區(qū)

l   高穩(wěn)定性Q-switched短脈沖Nd:YAG激光

              ? 波長213nm 或266nm

              ? 脈寬< 5ns @213 nm

l   創(chuàng)新的模塊化系統(tǒng)設(shè)計：可用于配置獨(dú)立的LA系統(tǒng)、LIBS系統(tǒng)或LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)

l   可選3種LIBS檢測器，滿足不同的元素分析需求

l   為確保激光剝蝕的一致性，樣品室配備*的自動高度調(diào)整系統(tǒng)，配備激光能量穩(wěn)定器

l   雙視頻成像系統(tǒng)，分別用于高倍成像和寬視野樣品表面成像，輕松定位樣品取樣點(diǎn)

l   ASI公司的Flex樣品室，內(nèi)置可互換的嵌入塊，優(yōu)化運(yùn)輸氣流和顆粒凈化能力

l   微集氣管設(shè)計，可消除排氣及記憶的影響

l   雙路高精度數(shù)字流量控制器及電控閥門

l   系統(tǒng)控制分析軟件

             ? *控制硬件組件及自動測量

             ? 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析模塊，用于LIBS和LA-ICP-MS分析

             ? LIBS化學(xué)計量軟件，用于識別及分類分析

             ? 運(yùn)用多種采樣方法：整體分析、微斑及夾雜物分析、剖面分析和元素分布圖

l   低維護(hù)費(fèi)用

l   可升級至飛秒LA系統(tǒng)

l   來自廠家專家團(tuán)隊的LA/LIBS應(yīng)用支持

▉基本參數(shù)

l   激光：高功率調(diào)Q，Nd:YAG 激光，平頂光束剖面

l   波長213 nm 或 266 nm

l   獨(dú)立的LIBS系統(tǒng)，波長還有532nm 和1064nm

l   激光波長213 nm或266 nm，單獨(dú)的LIBS系統(tǒng)，波長還有532nm和1064nm可選

l   激光斑：

            5–250微米 @ 213和266 nm

            10-250 微米 @ 532 和 1064 nm

            電動光束擴(kuò)展和孔徑成像相結(jié)合

l   能量密度：>20 J/cm2 @ 213 nm

l   剝蝕點(diǎn)目標(biāo)：@670 nm紅色激光, 樣品高度自動調(diào)整

▉硬件系統(tǒng)

緊湊型模塊化，LA/LIBS雙功能

系統(tǒng)的創(chuàng)新性在于其模塊化設(shè)計。該單元可以在獨(dú)立的LA或LIBS模式下運(yùn)行，也可以作為一個LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)運(yùn)行?；诰o湊的激光源和高效的激光束傳輸光學(xué)器件，該設(shè)備成為美國ASI公司緊湊的激光剝蝕分析儀器。

由于模塊化設(shè)計，其使用方式更加靈活，為節(jié)省寶貴的實驗臺空間，激光電源模塊可從主機(jī)中分離出來，放置在實驗臺下方。如需擴(kuò)展LIBS的檢測范圍可在主機(jī)上附加一個選配的外部LIBS檢測器模塊。該設(shè)備亦可進(jìn)一步升級為飛秒激光剝蝕分析儀。

自動調(diào)整樣品高度，保證剝蝕一致性

設(shè)備采用了一種自動調(diào)高傳感器，該傳感器的設(shè)計考慮到了樣品表面的形態(tài)變化。不論采樣點(diǎn)高度差異如何，這一特性使其能夠保持精確的激光聚焦，在所有采樣點(diǎn)上提供相同的激光能量密度，保證在所有采樣點(diǎn)上實現(xiàn)一致的激光剝蝕。這一創(chuàng)新的傳感器是由美國ASI公司的科學(xué)團(tuán)隊開發(fā)的一項技術(shù)。

Flex樣品池可互換嵌入塊，優(yōu)化氣流和微粒凈化性能

根據(jù)檢測目的(主要成分分析、包裹體分析、高分辨率深度分析、元素成像等)，可對樣品池的各個性能指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，包括：沖洗時間、微粒混合、樣品池內(nèi)的流動特性。Flex樣品池可容納直徑為4英寸的樣品，它使用一組可互換的頂部和底部鑲嵌塊來調(diào)節(jié)氣流條件（層流和紊流）和微粒沖洗時間。此外，F(xiàn)lex樣品池的設(shè)計為等離子體提供了一個理想視角，從而保證在激光剝蝕過程中進(jìn)行靈敏的LIBS檢測。

創(chuàng)新的集氣管設(shè)計，優(yōu)化脫氣、微粒堆積和記憶效應(yīng)的影響

采用*的集氣管設(shè)計，源自于美國ASI公司旗艦級飛秒激光剝蝕J100系統(tǒng)。該集氣管由不銹鋼和銅組合而成，盡可能地減少了脫氣，防止了任何剝蝕顆粒的堆積，消除了記憶效應(yīng)。該集氣管更容易組裝，便于定期清潔輸氣管道。

高精度氣流控制系統(tǒng)，實現(xiàn)ICP-MS分析理想氣流

氣體控制系統(tǒng)使用了兩個高精度、數(shù)字化質(zhì)量流量控制器（MFC）和電子控制閥，用于氬氣、氦氣及補(bǔ)充氣體的流量控制。

運(yùn)輸氣和補(bǔ)充氣流向樣品池，ICP-MS按順序自動運(yùn)行，氣體流量被精確控制，實現(xiàn)理想工作氣流，防止等離子體火焰熄滅。預(yù)設(shè)配置可以選擇輸送氬氣、氦氣或補(bǔ)充氣體。

雙攝像和*的照明系統(tǒng)，呈現(xiàn)高質(zhì)量樣品視圖

擁有*的照明系統(tǒng)和高倍光學(xué)變焦(高達(dá)60X)功能，清晰呈現(xiàn)樣品的表面細(xì)節(jié)。配備雙高分辨率CMOS成像系統(tǒng)，提供廣角視野和高倍成像，可精確地進(jìn)行微區(qū)分析(見下圖)。廣角視圖可以保存，也可用于定位樣品不同位置，并使用高倍鏡進(jìn)行研究。具有LED泛光、透射光和同軸反射光（光的強(qiáng)度和顏色可調(diào)）三種獨(dú)立的照明模式，以提高圖像質(zhì)量和對比度。   

可選三種檢測器，豐富了儀器的應(yīng)用

LIBS檢測器具有以下三種型號：(1) 帶有ICCD的掃描Czerny Turner單色器。(2) 配備ICCD的中階梯光柵。(3) 同步六通道CCD單色器。做為獨(dú)立的LIBS儀器系統(tǒng)，亦可同時配備任意兩種檢測器，開辟了新的LIBS檢測功能。憑借其強(qiáng)大的多功能性和創(chuàng)新的檢測器，LA-LIBS復(fù)合系統(tǒng)作為創(chuàng)新性的化學(xué)分析儀器超越了其他產(chǎn)品。

▉軟件系統(tǒng)

Clarity Tandem（以下簡稱Clarity）是美國ASI公司為J200 Tandem設(shè)計的分析工具軟件套裝，它可以用于LIBS系統(tǒng)、LA-ICP-MS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析操作。Clarity軟件能夠處理激光剝蝕進(jìn)樣過程中LIBS光譜信號和時間分辨ICP-MS質(zhì)譜信號，并可根據(jù)兩種方法的互補(bǔ)信息進(jìn)行完整的化學(xué)分析。軟件包含用于精確定量分析的高級校準(zhǔn)模型，基于LIBS和ICP-MS波譜，軟件可幫助分析人員對樣品進(jìn)行識別和分類。2D/3D元素分布制圖模塊可使用LIBS和LA-ICP-MS數(shù)據(jù)實現(xiàn)樣品中元素分布的可視化。

輕松處理ICP-MS信號，獲取積分強(qiáng)度及統(tǒng)計數(shù)據(jù)

Clarity軟件具有時間分辨ICP-MS數(shù)據(jù)分析工具，這對獲取精確定量結(jié)果和精確統(tǒng)計數(shù)據(jù)至關(guān)重要。該軟件指導(dǎo)分析人員如何定義時間積分和背景范圍，并得到相關(guān)同位素的積分強(qiáng)度和RSD（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差）統(tǒng)計值，也可輕松獲得穩(wěn)定平滑的時間分辨ICP-MS信號和TRSD（時間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差）。時間分辨ICP-MS信號處理方法可應(yīng)用于文件或整個目錄中的所有數(shù)據(jù)，大大縮短了預(yù)測信號強(qiáng)度所需的時間。

TruLIBS™數(shù)據(jù)庫，高效識別LIBS譜線

LIBS數(shù)據(jù)整理首先從識別與元素相關(guān)的譜線開始。Clarity軟件集成了來自美國ASI公司業(yè)界*的TruLIBS™科研數(shù)據(jù)庫，它是從實測的LIBS等離子體中獲得，并且與理論線預(yù)測模型結(jié)合在一起，能夠幫助分析人員快速而準(zhǔn)確地識別復(fù)雜的LIBS譜線。分析人員可以限定搜索條件，如波長范圍、元素分組和等離子體激發(fā)態(tài)，以此縮小搜索范圍。軟件使用TruLIBS™數(shù)據(jù)庫加載收集的LIBS光譜并標(biāo)記發(fā)射峰。

譜線分析有力工具，快速處理海量數(shù)據(jù)

Clarity軟件是LIBS光譜分析的有力工具，如連續(xù)背景扣除、峰面積積分和光譜重疊峰的曲線擬合等功能，有助于分析人員有效地處理LIBS圖譜并獲得定量結(jié)果。分析人員可監(jiān)測多次激光脈沖采樣期間的LIBS光譜強(qiáng)度或不同分析物比例的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。軟件不僅可處理單個LIBS圖譜，而且可同時處理整個文件夾或多個目錄下的數(shù)據(jù)，從而大大縮短分析時間。

光譜和質(zhì)譜、雙譜線獲取

根據(jù)同位素ICP-MS信號強(qiáng)度計算結(jié)果以及痕量元素信息，Clarity軟件生成代表樣品化學(xué)指紋的質(zhì)譜圖。LIBS光譜則提供主要和次要元素的特征信息。Clarity軟件可借助LIBS光譜和質(zhì)譜數(shù)據(jù)，提供樣品中關(guān)于主要、次要和痕量元素全面的化學(xué)信息。LIBS和質(zhì)譜數(shù)據(jù)是形成光譜庫的基礎(chǔ)，*的校準(zhǔn)模型正是基于光譜庫進(jìn)行精確的定量分析。 LIBS光譜和質(zhì)譜融合在一起，在司法鑒定中提供更強(qiáng)的分辨能力。

強(qiáng)大的校準(zhǔn)模型，專為定量分析設(shè)計

Clarity軟件允許分析人員使用單變量或多變量校準(zhǔn)模型進(jìn)行非常準(zhǔn)確的定量分析。參考標(biāo)樣濃度值直接賦值給LIBS光譜或ICP-MS質(zhì)譜強(qiáng)度，可輕松生成單變量校準(zhǔn)曲線，軟件附帶常見固體標(biāo)樣的單變量校準(zhǔn)模型。 另外，它也可使用完整的或特定范圍的LIBS光譜或質(zhì)譜圖創(chuàng)建譜庫，以構(gòu)建有效的多變量校準(zhǔn)模型，準(zhǔn)確檢測未知樣品的元素濃度。

光譜質(zhì)譜聯(lián)動，高效分類識別

Clarity分析軟件具有主成分分析（PCA）功能，可從樣品的LIBS光譜和質(zhì)譜獲取數(shù)據(jù)，并將二者的差別通過圖形化方式展現(xiàn)出來。Clarity軟件中的PCA功能是對各種樣品進(jìn)行分類或識別的理想方法，包括玻璃、油漆、油墨、塑料、地質(zhì)樣本等。軟件還提供名為“Spectralearn"的可選功能模塊，基于最小二乘判別分析（PLS-DA），“Spectralearn"模塊將樣品的LIBS光譜和質(zhì)譜作為特征圖譜儲存在圖譜庫中，之后任何樣本的譜線都可以與圖譜庫匹配，進(jìn)行高效識別。

DepthTracker™深度檢測，快速剖面剖析

Clarity軟件中的DepthTracker™能快速監(jiān)測所選元素的LIBS發(fā)射峰強(qiáng)度，在固定點(diǎn)激光脈沖多次采樣中，可以揭示不同深度元素成分的差別。DepthTracker™在確定樣品表面污染物、進(jìn)行涂層分析、獲知薄膜結(jié)構(gòu)以及識別深層夾雜物等應(yīng)用領(lǐng)域非常有價值。

2D/3D成像，展示元素分布

Clarity軟件提供了元素分布制圖模塊，可將LIBS強(qiáng)度信號和時間分辨ICP-MS信號轉(zhuǎn)換為元素的高精度2D/3D圖像。 同時基于LIBS和LA-ICP-MS的檢測數(shù)據(jù)，軟件能夠?qū)⒄麄€周期表中所有元素的濃度（范圍ppb ~ %）可視化。軟件呈現(xiàn)的LIBS元素分布圖涵蓋ICP-MS難以處理的主要和次要元素，如輕元素、有機(jī)元素以及鹵素，而LA-ICP-MS元素分布圖可展示痕量元素（＜ppm）的分布狀態(tài)。同時使用LIBS和LA-ICP-MS數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，在失效分析、能源材料研究、藥物研發(fā)、司法鑒定和其他新興的分析應(yīng)用中都是真正具有突破性的元素成像技術(shù)。