Sci-Trace LIBS元素分析系統——全能元素分析實驗室
X-Trace LIBS遙測元素分析系統——LIBS原位元素分析移動實驗室 LIBS技術全面應用解決方案：包括MicroLIBS、μCT與LIBS 3D成像系統技術方案(AtomTrace研究團隊在世界上最早結合應用μCT與LIBS技術，參見后面應用案例方案)、生物學應用方案、生態與環境科學應用方案、土壤科學應用方案、地質礦產(包括珠寶鑒定)應用方案、材料科學應用方案、考古學及文物鑒定應用方案、刑偵學應用方案、醫藥學包括中醫藥研究應用方案等項目合作：包括樣品測試分析、樣品化學二維甚至三維分布構建、專業領域應用合作與論文發表、人才聯合培養(如博士學位等)與LIBS技術培訓、實驗室合作等 AtomTrace為您提供全球最頂尖、最全面的LIBS分析技術方案!
Sci-Trace LIBS元素分析系統, All-in-one LIBS system
Sci-Trace LIBS元素分析系統代表了LIBS元素分析與掃描成像的最高技術境界。整套系統采用模塊化設計，具備高度可擴展性和兼容性。系統采用專業光機實驗臺面，高度可擴展性和兼容性的LIBS樣品激光作用室安裝在實驗臺面上，樣品激光作用室具備各種端口以連接XYZ三維自動調節樣品臺、氣壓調節系統、吹掃系統、等離子體光譜信號采集系統、頂部及側面樣品監測系統等，還可連接雙激發激光模塊、Raman分析、LIFS分析等擴展模塊，并具直徑100mm配有激光保護濾鏡的觀察窗，實時觀察樣品反應情況;臺面下為儀器箱，供各種組件靈活、有序、緊湊擺放：左側隔板可調，放置激光光源、光譜儀、能量計、校準光源等，右側機架放有電子控制組件、電腦、激光PSU等、DDG、PSR等;儀器箱具備開啟門，門上有系統電源開關、指示燈、應急開關、USB插口及鎖等。整套系統有腳輪，便于移動和鎖定。
技術特點：
ü 積20年LIBS技術研究，頂尖專家團隊精心打造頂尖專業儀器技術，并為專業應用領域提供與時具進的專家支持;購買了Sci-Trace，意味著得到了全球頂尖的專業團隊技術支持和實驗室合作
ü 模塊式結構，配置靈活，具備強大的系統可擴展性，使您的LIBS元素分析實驗室永遠保持最新技術水平，不會像一般商業公司制造商提供的系統沒用幾年即很快落伍沒法使用
ü 可方便配置升級成Micro-LIBS，用于金屬組學研究(Metalomics)等
ü 可與μCT組合進行三維成像分析，用于醫療診斷等
ü 具備強大的技術兼容性，可自由選擇最適合的激光光源、光譜檢測系統及光學組件，可輕松結合其它輔助技術(雙激發/三激發;LIBS+LIFS;Raman等)(需AtomTrace激光光譜技術實驗室提供技術方案)
ü 高端全光譜Echelle光譜儀及EMCCD光譜檢測器，高穩定性、高精確度、高靈敏度，每次可檢測分析所有波段光譜;可同時選配Czerny Turner光譜儀及相應iCCD或EMCCD等高端光譜檢測器組成雙檢測系統，以進一步達到更低的檢測極限(檢測極限很大程度上還與樣品本身有關，專家方案建議極為重要，下圖為雙脈沖、雙檢測系統結構示意圖：1、6為雙脈沖激光器，2為CCD鏡頭用于樣品成像監測，3為等離子體光譜采集光學系統，4、5分別為Echelle光譜儀和iCCD檢測器，7為真空樣品激光作用室，8、9分別為Czerny-Turner光譜儀和iCCD檢測器)
ü 可選配DPSS雙脈沖Nd:YAG激光模塊，二極管泵浦雙脈沖激光器——世界上第一家使用該技術的LIBS系統，空氣冷卻，高穩定性、長壽命(10億次以上脈沖)，可用于單脈沖或雙脈沖激光LIBS
ü 盡顯LIBS技術優勢：
n 不受樣品狀態限制，可分析固體、液體(專用分析室)和氣體狀態的樣品
n 可分析所有元素含量(檢測極限可達0.1ppm甚至更低)并形成二維分布圖甚至通過剖面剝蝕分析得到三維元素分布
n 多種樣品臺架，樣品無需預處理，可輕松用于環境監測(土壤污染、微?；虺练e分析、大氣顆粒物、水懸浮液、藻類、突發事件檢測等)、巖礦分析、塑料等各種材料分析、土壤分析、植物分析、痕跡溯源追蹤分析、法醫與生物醫學檢測(牙齒、骨骼、毛發等)、年輪分析、考古學檢測等各種應用
n 快速掃描測量、在線數據顯示分析
ü 多樣化高端LIBS樣品激光作用室(LIBS interaction chamber)，有開放式樣品操作臺、籠式樣品激光作用室及真空樣品激光作用室供選配，其中開放式操作臺可升級為籠式或真空式，籠式可升級為真空樣品激光作用室
ü真空樣品激光作用室為模塊式高度可擴展和高度兼容系統，激光“密封”在室內作用于樣品，具備激光過濾器觀察口，確保分析過程的安全;三維樣品自動操作、自動聚焦，可產生不同角度不同側面格式的2D圖像(2D mapping);集成有激光聚焦、等離子體輻射采集、CMOS鏡頭、激光濾波器等光學元件;具備各種可擴展端口以便升級擴展各種配件及雙脈沖LIBS、LIBS+LIFS、拉曼光譜、IR光譜、光致發光(photoluminescence)等
ü 主輸入模塊(Primary Input Module)可以不同角度、不同強度四象限LED照明(以得到最佳照明成像)、在線成像觀測(另具備二級側面成像觀測模塊)、激光聚焦及激光光斑調控(可選配Laser spot size module)
ü 整套系統便于維護、檢修、升級、擴展——甚至不需要費時費力運回原廠即可就地檢修、就地升級、就地擴展
ü 系統控制軟件控制所有連接模塊及樣品照明控制、樣品在線成像觀測、操作臺自動控制、真空樣品激光作用室氣壓調控、樣品自動清潔、惰性氣體調控、激光調控及檢測器調控、等離子體光譜采集等
ü 數據處理分析軟件功能強大、界面友好，用于光譜輸入輸出、編輯處理、運算、數據可視化、曲線校準與優化、峰值辨識、統計分析(包括ANN、DFD、PCA主成分分析、聚類分析等)、元素二維分布圖等等，數據庫包括NIST數據庫及歐盟CEITEC激光光譜學實驗室LIBS數據庫(DFD功能等參見下面軟件界面圖)
X-Trace LIBS元素遙測分析系統
Mobile laboratory for in-situ spectrochemical analysis
X-Trace LIBS元素遙測分析系統由CEITEC/Atomtrace激光光譜學實驗室研制生產，是世界上獨一無二的LIBS元素原位遙測分析系統，遙測距離可達20m以上。系統由遙測探頭(Stand-off detection module)和主機系統(Transport module，移動式平臺)組成，由主機系統控制脈沖激光經遙測探頭遠距離打到被測物體表面并形成等離子體，等離子體光譜由遙測探頭采集聚焦傳輸到主機系統進行分析，遙測探頭高分辨率CCD鏡頭用于觀測、定位和記錄樣品表面狀況。遙測探頭可上下左右自動調控旋轉移動，可放置在主機系統的移動式平臺上，也可單獨固定在強固專用三腳架上;另具手持式光纖遙測探頭(Fiber optic module with hand probe),用于手持探頭近距離測量。移動平臺集成有光譜儀、檢測器、控制系統、光機結構等模塊。整機采用模塊式結構，可根據不同的需求應用靈活組合。
不必要再將物質分析研究拘泥于實驗室，X-Trace 的激光誘導擊穿光譜分析( LIBS )技術，使您可以將實驗室移至任何樣品處，進行真正的物質原位測量及原位化學分析!
技術特點：
ü Stand-off LIBS 與Remote LIBS專利技術，原位非接觸測量分析，遙測距離可達20m甚至更遠，對于不能到達接觸的物體、危險環境的物體，X-trace是唯一的理想選擇!
ü 可手持光纖探頭原位激光脈沖聚焦沖蝕測量，遙測距離0-6m(光纖長度7m)，光斑小于0.5mm
ü 模塊式結構組成，配置高度靈活、系統高度可擴展，易于拆卸組裝、便于運輸，方便操作、移動等
ü 高端LIBS系統，高端全光譜Echelle光譜儀及EMCCD光譜檢測器，高穩定性、高精確度、高靈敏度，自動定位聚焦于被測樣品
主要參數指標：
1. 強度鋁合金框架移動平臺，不銹鋼板，具4x260mm移動輪和4個固定腳、2個折疊把手，控制面板包括電源開關、計算機開關、2xUSB端口及SMA、DVI、以太網端口等
2. 移動平臺具前后雙開啟門，前門面對PC、激光PSU與脈沖發生器等，后門面對光譜儀等，便于維護、檢修、升級、擴展等
3. Echelle分級光柵光譜儀，光譜范圍200-1100nm，分辨能量達5000λ/FWHM;可選配Czerny-Turner光譜儀
4. EMCCD光譜檢測器，光譜范圍200-1100nm，QE(光量子效率)65%QE@530nm、24%@200nm，頻率30Hz
5. Q-Switch pulsed Nd:YAG激光，閃光泵浦激光器，激光能量200mJ@532nm，8ns脈閃，頻率20Hz
6. 遙測探頭遙測距離：6-20m，自動聚焦，光斑小于1.5mm，脈沖能量200mJ
7. 激光聚焦：伽利略望遠鏡，5倍光束放大，BK7透鏡，AR@532nm，抗反射增透膜，機動化聚焦6米至無窮遠
8. 光譜信號采集：牛頓望遠鏡，12”初級UV增強鍍鋁反射鏡和2”次級UV增強鍍鋁反射鏡，MgF2鍍膜，機動化聚焦6m至無窮遠，多模高羥基硅550(直徑)μm光纖，190-1200nm，SMA端口，鎧裝
9. 遙測探頭±90°機動化旋轉，0.1弧分分辨率;機動化仰角-14°～33°，分辨率0.1弧分
10. 手持光纖探頭測量距離0-6m，光斑小于0.5mm，脈沖能量最大25mJ;抗反射增透膜激光聚集透鏡，UVFS集光光纖準直器，具測量開關按鈕;多模高羥基硅550μm光纖(直徑)，190-1200nm;SMA端口，多模高能910μm光纖，400-2200nm，HP SMA端口，鎧裝
11. 控制軟件基礎功能與控制：樣品成像觀測，遙測模塊旋轉、仰角控制及自動聚焦，原位樣品距離測量
12. 控制軟件激光與檢測器設置：脈沖激光能量及重復頻率設置、檢測延遲設置、曝光時間設置
13. 測量設置：單點測量、2D成像設置、清潔脈沖數量設置，毎點快照數量及累積設置等
14. 樣品三維移動操作、XYZ自動定位、設置XYZ坐標文件、定義分析點、輸出坐標文件包括選擇的分析元素相對濃度
15. 軟件系統包括系統控制、樣品觀測與自動聚焦、光譜采集、光譜分析處理、化學成像、(自動2D成像)、元素數據庫、校準曲線形成等
16. 大小107x78x158cm，175kg
應用方案、案例，Applications & Solutions
1. 生命科學應用方案與案例
CEITEC/AtomTrace LIBS研究團隊很早就關注到LIBS技術在生命科學包括生物醫學領域的應用。
2005年，Jozef Kaiser博士(Atomtrace公司科學主任、布爾諾大學教授、激光光譜學研究室負責人、CEITEC物質特性與表面科學研究部主任)等在European Physical Journal上發表了“Mapping of the metal intake in plants by large-field X-ray microradiography and preliminary feasibility studies in microtomography”(Eur.Phys.J. D 32, 113-118);2006年又利用LIBS飛秒激光光譜分析技術研究分析了植物樣品鐵、錳元素的分布并首次作出完整葉片鐵元素的二維分布圖(參見右圖)，并發表了“Femtosecond laser spectrochemical analysis of plant samples”(Laser Phys.Lett.3, No.1, 21-25, 2006)
2007年至2010年，以Kaiser博士為代表的研究團隊利用μCT與飛秒激光誘導擊穿光譜技術(LIBS)及LA-LCP-MS等技術，對向日葵等植物組織中重金屬元素吸收積累進行了研究分析，先后發表論文：
1) Monitoring of the heavy-metal hyperaccumulation in vegetal tissues by X-ray radiography and by Femto-second laser induced breakdown spectroscopy. Microscopy research and technique 70:147-153, 2007;
2) Utilization of laser induced breakdown spectroscopy for investigation of the metal accumulation in vegetal tissues. SpectrochimicaActa Part B 62:1597-1605;
3) Investigation of heavy-metal accumulation in selected plant samples using laser induced breakdown spectroscopy and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Appl. Phys. A 93:917-922, 2008;
4) Multi-instrumental analysis of tissues of Sunflower plants treated with Silver(I) ions—plants as bioindicators of environmental pollution
5) Mapping of lead, magnesium and copper accumulation in plant tissues by laser-induced breakdown spectroscopy and laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. SpectrochimicaActa Part B 64:67-73, 2009;
6) Sunflower plants as bioindicators of environmental pollution with lead(II) ions. Sensors 9:5040-5058, 2009;
7) Detection of lead in Zea mays by dual-energy X-ray Microtomography at the SYRMEP Beamline of the ELETTRA Synchrotron and by Atomic Absorption Spectroscopy. Microscopy Research and Technique 73:638-649, 2010;
8) Determination of plant thiols by liquid Chromatography Coupled with Coulometric and Amperometric Detection in Lettuce treated by lead(II) ions. Electroanalysis 22 No.11:1248-1259, 2010
CEITEC/Atomtrace LIBS研究團隊不僅最早利用LIBS技術作出完整葉片元素分布圖，還最早利用LIBS技術與顯微CT(μCT)相結合進行三維化學成像構建。上述研究成果奠定了以Kaiser博士等為代表的激光光譜學實驗室LIBS技術在全球生命與環境科學應用領域的領先地位。
左圖為向日葵根截面顯微CT，右圖為鉛金屬在向日葵根的分布圖(源自J.Kaiser等，2007)
左圖為重金屬污染模型，右圖為玉米、向日葵及生菜LIBS元素分析葉片鉛、鎂濃度二維分布圖
2010年，以Kaiser為代表的激光光譜學實驗室利用LIBS技術結合μCT技術，對蛇的畸形性骨炎脊椎骨元素包括Ca、Al、P、Na等分布進行了研究分析，并發表了“Investigation of the osteitisdeformans phases in snake vertebrae by double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy”(Anal. Bioanal. Chem. 398:1095-1107, 2010)
上圖為蛇脊椎μCT，下圖為蛇正常脊椎骨(a)與病理脊椎骨(b)鈣、磷二維分布圖
實驗室研究團隊還對LIBS技術在古生物學、考古學方面的應用進行了研究，下面為史前動物牙齒研究分析結果(參見論文：Multielemental analysis of prehistoric animal teeth by laser-induced breakdown spectroscopy and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Applied Optics 49 No.13:191-199, 2010)，該研究對于年輪元素分布與環境變遷研究同樣具有重要意義。
分別用LIBS技術和LA-LCP-MS技術所做的史前動物牙齒Sr/Ca和Sr/Ba分布圖。
骨片圖片可清晰顯示年輪(暗色為冬季、白色為夏季)
2012年，Kaiser博士等根據多年的研究成果和同行研究情況，撰寫發表了綜述性文章“Trace elemental analysis by Laser-induced breakdown spectroscopy---biological applications”(Surface Science Report 67:233-243, 2012)
實驗室還應用LIBS技術對藻類進行了大量研究(參見后面“液體LIBS元素分析應用案例和方案”)，并于2014年發表了綜述性文章“Algal biomass analysis by laser-based analytical techniques---a review”(Sensor 14:17725-17752, 2014)
2. 地質礦產應用
CEITEC/Atomtrace激光光譜學實驗室對LIBS在地質礦產方面的應用進行了大量研究，在2014年發表的“Two dimensional elemental mapping by laser-induced breakdown spectroscopy”(Spectroscopy Europe 26 No.6:6-10, 2014)學術論文中，對砷鉑礦、黃銅礦Pt、Pb、Ni等的表面元素分布進行了2D甚至結合μCT進行了三維構建。
CEITEC/Atomtrace激光光譜學實驗室對LIBS在地質礦產方面的應用進行了大量研究，在2014年發表的“Two dimensional elemental mapping by laser-induced breakdown spectroscopy”(Spectroscopy Europe 26 No.6:6-10, 2014)學術論文中，對砷鉑礦、黃銅礦Pt、Pb、Ni等的表面元素分布進行了2D甚至結合μCT進行了三維構建。
左圖為黃銅礦樣本，樣本來源于西伯利亞塔爾納赫(Talnakh);右圖為μCT及應用LIBS分析技術三維構建的方鉛礦脈沉積
鈾是人類最有前景的能量來源，原位檢測鈾的存在與否極為重要，鈾礦檢測的主要挑戰是其復雜的光譜發射和高密度光譜曲線——甚至超出了一般的光譜儀檢測能力。CEITEC激光光譜學實驗室利用LIBS技術，通過ANN(人工神經網絡)信息處理技術和PCA(主成分分析)，對沙巖鈾礦進行了測量分析。
左圖：ANN SOM(組織映射圖)特定光譜區域響應(紅色圓點為高、藍色為低);中圖：沙巖樣品化學分布圖，Class1(淡黃色)代表高鈾濃度分布，Class3(深棕色)代表氧化硅分布，Class2為鈾和氧化硅的混合區;右圖：鈾礦密度分布
3. 液體(水懸浮液)LIBS元素分析
早在2000年，布爾諾科技大學激光光譜學實驗室OtaSamek及Jozef Kaiser博士等即發表了“Application of laser-induced breakdown spectroscopy to in situ analysis of liquid samples”(Opt.Eng. 39(8) 2248-2262, 2000)。2012年，CEITEC激光光譜學實驗室研究團隊與PSI公司合作，在《SpectrochimicaActa Part B》發表了“Application of laser-induced breakdown spectroscopy to the analysis of algal biomass for induxrial biotechnology”,該研究利用LIBS技術和特制液體樣品激光作用室，分析了鉀、鎂、鈣、鈉等與藻類至關重要的元素及銅等毒性重金屬元素積累。實驗設計方案為兩種，一種為利用真空樣品激光作用室對藻類生物膜進行測量分析，另一種利用特制液體樣品激光作用室分析液體中的微藻目標元素(參見下圖)
左上圖：生物膜測量分析方案示意圖;左下圖：藻類懸浮液測量分析方案設計示意圖;
右圖：生物膜脈沖激光剝蝕孔
近幾年來，CEITEC激光光譜學實驗室研究人員對液體元素分析進行了系列研究，在LIBS液體(包括水懸浮液)元素分析領域處于國際最前沿，可以提供各種最佳解決方案。下圖為分析水中重金屬元素(銅)的方案圖：
4. 納米材料
納米技術是當今材料技術的熱點，其中量子點(Quantum dots，QDs)及其應用(如作為生命科學量子點標記、癌細胞成像等)被認為是最有前景的納米顆粒。而在這些應用中，必須精確檢測QDs并定性定量測量其空間分布，目前檢測方法復雜、耗時且昂貴，CEINEC/Atomtrace激光光譜學實驗室利用LIBS技術，將不同劑量、不同PH值鎘(Cd)QDs溶液注射到濾紙上，測量分析了QDs的空間分布，為利用LIBS技術進行QDs快速檢測提供了重要的技術應用方案。
