在分析科學(xué)領(lǐng)域,激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)以其無需復(fù)雜樣品制備、可進(jìn)行快速多元素同步分析的特殊優(yōu)勢(shì)而著稱。當(dāng)LIBS技術(shù)與高精度光學(xué)顯微鏡相結(jié)合,便誕生了
顯微LIBS測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)將激光束聚焦至微米量級(jí),實(shí)現(xiàn)了對(duì)樣品表面微區(qū)的精準(zhǔn)元素成分分析,空間分辨率顯著提升,從而開辟了一系列全新的高級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域。
一、材料科學(xué)與冶金工程:微觀世界的成分解密
1.材料表面與界面分析:顯微LIBS可對(duì)材料的晶界、焊縫、鍍層與基體的界面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描分析,精確測(cè)定元素在界面的分布與擴(kuò)散行為,為優(yōu)化材料合成與加工工藝提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
2.夾雜物與缺陷鑒定:在金屬材料中,微米尺度的非金屬夾雜物對(duì)其性能有決定性影響。顯微LIBS可以快速識(shí)別和定性這些夾雜物的化學(xué)成分,輔助進(jìn)行材料質(zhì)量評(píng)估與失效分析。
3.微細(xì)構(gòu)件成分驗(yàn)證:對(duì)于微電子行業(yè)的焊點(diǎn)、導(dǎo)線,或增材制造(3D打印)產(chǎn)品的微小熔池區(qū)域,系統(tǒng)可進(jìn)行無損或微損的成分分析,確保其符合設(shè)計(jì)規(guī)格。
二、地質(zhì)學(xué)與礦產(chǎn)勘查:微區(qū)定年的新窗口
1.礦物微區(qū)原位分析:傳統(tǒng)LIBS的激光斑徑較大,混合信號(hào)嚴(yán)重。顯微LIBS可實(shí)現(xiàn)單礦物顆粒內(nèi)部不同環(huán)帶成分分析,為研究礦物成因和成礦流體演化提供高空間分辨率信息。
2.巖心快速掃描與編錄:可對(duì)鉆井巖心進(jìn)行高分辨率線掃描或面掃描,生成元素分布圖譜,快速識(shí)別礦化層位和構(gòu)造邊界,極大提高勘查效率。
3.稀有元素分布研究:對(duì)于以微小礦物包裹體形式存在的稀有、稀散元素,顯微LIBS是定位和分析其分布的有效工具。
三、生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué):元素成像的新維度
1.生物組織元素成像:系統(tǒng)可對(duì)骨骼、牙齒、頭發(fā)、植物葉片等生物切片進(jìn)行掃描,繪制鈣、鉀、鈉、鎂、鐵、鋅等生命必需元素以及鉛、鎘等有毒重金屬的分布圖像,用于生理病理研究、環(huán)境毒理學(xué)評(píng)估和營養(yǎng)學(xué)研究。
2.藥物分布與代謝研究:在藥理學(xué)中,可用于觀察含特定金屬元素的藥物在組織切片中的分布情況,為藥物遞送和代謝機(jī)制研究提供直觀證據(jù)。
四、文物鑒定與文化遺產(chǎn)保護(hù):無損檢測(cè)的精密工具
1.顏料與鍍層分析:可對(duì)書畫、壁畫、陶瓷、金屬文物上的顏料和鍍層進(jìn)行微區(qū)成分分析,為文物斷代、真?zhèn)舞b定和古代工藝研究提供科學(xué)依據(jù)。其微米級(jí)的損傷幾乎可忽略不計(jì),滿足文物保護(hù)的高要求。
2.文物腐蝕產(chǎn)物鑒定:精準(zhǔn)分析金屬文物銹蝕產(chǎn)物的成分,有助于制定科學(xué)的保護(hù)修復(fù)方案。
五、先進(jìn)制造與安全領(lǐng)域
1.半導(dǎo)體與芯片檢測(cè):可用于分析芯片制造過程中的污染物分布、薄膜成分等。
2.刑偵與物證鑒定:對(duì)微小的玻璃碎片、油漆片、金屬屑等物證進(jìn)行元素分析,可建立其“元素指紋”,為案件偵破提供線索。

結(jié)語
顯微LIBS測(cè)量系統(tǒng)憑借其高空間分辨率、快速多元素分析和微損的技術(shù)特點(diǎn),成功地將元素分析能力從“宏觀”推向了“微觀”。它使科學(xué)家和工程師能夠以精細(xì)度觀察和理解物質(zhì)的元素組成與分布,從而在材料研發(fā)、地質(zhì)探索、生命科學(xué)、文物保護(hù)和公共安全等諸多前沿領(lǐng)域成為至關(guān)重要的分析工具。隨著激光技術(shù)與光譜算法的不斷進(jìn)步,其應(yīng)用潛力還將進(jìn)一步拓展。